Química escolar — Años 1 a 12 · Grades 1–12

9Disoluciones y solubilidad

Se abre una botella de agua con gas: un silbido, y una nube de burbujas diminutas sube de la nada. Un segundo antes el agua parecía perfectamente transparente y, sin embargo, llevaba todo el tiempo un gas disuelto. Los sólidos se disuelven, los líquidos se disuelven, y los gases también, pero nunca sin límite. Este capítulo pone nombre a las partes de una disolución y mide cuánta cantidad de una sustancia puede admitir un líquido.

Lo que ya sabes

Un sólido que se disuelve en agua desaparece de la vista y deja el líquido transparente; ese líquido transparente es una disolución, y lo que se ha disuelto sigue en ella (Capítulo 2). Una disolución es una mezcla homogénea de especies químicas (Capítulo 8). Evaporando el agua se recupera el sólido disuelto (Capítulo 3).

Al abrir una botella de agua con gas, el gas disuelto sale en forma de burbujas.

9.1 Soluto y disolvente

Definición 9.1 (Soluto, disolvente, disolución acuosa)

En una disolución, la sustancia que se disuelve es el soluto, y el líquido en el que se disuelve es el disolvente. Cuando el disolvente es el agua, la disolución es una disolución acuosa.

Ejemplo 9.2 (Disolventes distintos del agua)

El agua es el disolvente más corriente, pero no el único. El esmalte de uñas no se disuelve en agua; se disuelve en propanona (acetona), el disolvente del quitaesmalte. La grasa y la pintura al óleo se disuelven en aguarrás. Muchos medicamentos se disuelven en etanol. Una disolución puede tener varios solutos: el agua del mar contiene sal disuelta y muchas otras sustancias.

Seguridad

Propanona (acetona): líquido y vapores muy inflamables (GHS02); irrita los ojos y sus vapores pueden provocar somnolencia o vértigo (GHS07). Se usa en una sala ventilada, lejos de cualquier llama.

Proposición 9.3 (Las masas se suman)

La masa de una disolución es la masa del disolvente más la masa del soluto disuelto: cuando un sólido se disuelve no se pierde nada, aunque ya no se vea.

Al disolver 10\, g de azúcar en 100\, g de agua se obtienen 110\, g de disolución (sin contar la masa del vaso). — Al disolver $10\,\mathrm{g}$ de azúcar en $100\,\mathrm{g}$ de agua se obtienen $110\,\mathrm{g}$ de disolución (sin contar la masa del vaso).

9.2 Saturación y solubilidad

Definición 9.4 (Disolución saturada)

Una disolución es una disolución saturada cuando ya no puede disolver más soluto: todo el soluto que se añade se queda en el fondo, sin disolver, por mucho que removamos.

Definición 9.5 (Solubilidad)

La solubilidad de un soluto en un disolvente es la mayor masa de soluto que puede disolver una cantidad dada de disolvente, a una temperatura dada. Para un sólido en agua se suele dar en gramos por litro (o por kilogramo) de agua.

Proposición 9.6 (Algunas solubilidades en agua)

Las solubilidades medidas en agua son enormemente distintas:

soluto	solubilidad en agua	condiciones
azúcar (sacarosa)	unos $2000\,\mathrm{g}$ por litro de agua	temperatura ambiente
sal (cloruro de sodio)	$360\,\mathrm{g}$ por kilogramo de agua	$25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$
dióxido de carbono	unos $1.5\,\mathrm{g}$ por litro	$25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , bajo el gas
oxígeno	unos $0.04\,\mathrm{g}$ por litro	$20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , bajo el gas
arena, tiza	prácticamente nula	—

Un litro de agua puede disolver más de su propia masa de azúcar, pero ni siquiera medio gramo de oxígeno.

Método 9.7 (¿Se disolverá todo?)

Para saber si una masa $m$ de soluto se disuelve por completo en un volumen de agua:

buscar la solubilidad del soluto (en g por litro de agua);
calcular la mayor masa que puede disolver ese volumen de agua;
compararla con $m$ : si $m$ es menor, todo se disuelve; si $m$ es mayor, la disolución queda saturada y el resto se queda en el fondo.

Ejemplo 9.8 (Sal en un vaso)

¿Se pueden disolver $50\,\mathrm{g}$ de sal en $200\,\mathrm{mL}$ de agua (unos $200\,\mathrm{g}$ )? Un kilogramo de agua disuelve como mucho $360\,\mathrm{g}$ de sal, así que $200\,\mathrm{g}$ de agua disuelven como mucho $360 \times \frac{200}{1000} = 72\,\mathrm{g}$ . Como $50 < 72$ , toda la sal se disuelve.

Se añade cada vez más sal a la misma agua. Una vez saturada la disolución, la sal que sobra se queda en el fondo.

En el laboratorio — Saturar agua con sal

El profesor añade sal a $100\,\mathrm{mL}$ de agua, cucharada a cucharada, removiendo bien después de cada una. Las primeras cucharadas desaparecen; luego una cucharada ya no se disuelve del todo y unos granos blancos se quedan en el fondo: la disolución está saturada. Al pesar la sal usada se ve que se han disuelto unos $36\,\mathrm{g}$ .

9.3 Líquidos miscibles e inmiscibles

Definición 9.9 (Líquidos miscibles e inmiscibles)

Dos líquidos son miscibles cuando, mezclados, dan un único líquido homogéneo. Son inmiscibles cuando se separan en dos capas, con la más ligera arriba.

Ejemplo 9.10 (Agua con etanol, agua con aceite)

El agua y el etanol son miscibles: agitados juntos, dan un único líquido transparente. El agua y el aceite son inmiscibles: por mucho que se agiten, el aceite vuelve a subir y flota sobre el agua formando una capa aparte. En un tarro de vinagreta, el aceite flota sobre el vinagre, que es sobre todo agua.

Los líquidos miscibles dan una capa; los inmiscibles, dos.

Una vinagreta: el aceite y el vinagre son inmiscibles.

9.4 Los gases también se disuelven

Proposición 9.11 (Gases disueltos)

Los gases se disuelven en el agua, un poco. Las bebidas con gas se fabrican disolviendo en ellas dióxido de carbono a presión en una botella cerrada; al abrir la botella, parte del gas vuelve a salir en forma de burbujas. El agua en contacto con el aire contiene algo de oxígeno disuelto, que los peces toman por las branquias. Un gas se disuelve menos en agua templada que en agua fría: una bebida con gas templada se queda sin gas antes.

Ejemplo 9.12 (Los océanos y el dióxido de carbono)

Los océanos están en contacto con el aire en dos terceras partes de la superficie de la Tierra. El dióxido de carbono del aire se disuelve en ellos, de modo que los océanos absorben parte del dióxido de carbono que las personas liberan al aire.

Un acuario: las burbujas de aire mantienen el agua provista de oxígeno disuelto para los peces.

9.5 Ejercicios

Ejercicio 9.1 ★

En el agua con azúcar, nombra el soluto y el disolvente. ¿Es una disolución acuosa?

Solución

Solución de Ejercicio 9.1.

Soluto: el azúcar. Disolvente: el agua. Sí, el disolvente es el agua: es una disolución acuosa.

Ejercicio 9.2 ★

¿Qué es una disolución saturada? ¿Cómo se ve que una disolución está saturada?

Solución

Solución de Ejercicio 9.2.

Una disolución que ya no puede disolver más soluto. El soluto que se le añade se queda sin disolver en el fondo.

Ejercicio 9.3 ★

Se disuelven $20\,\mathrm{g}$ de sal en $250\,\mathrm{g}$ de agua. ¿Cuál es la masa de la disolución?

Solución

Solución de Ejercicio 9.3.

$250 + 20 = 270\,\mathrm{g}$ .

Ejercicio 9.4 ★

¿Miscible o inmiscible con el agua: el etanol, el aceite de cocina, el vinagre?

Solución

Solución de Ejercicio 9.4.

El etanol: miscible. El aceite de cocina: inmiscible. El vinagre: miscible (es sobre todo agua).

Ejercicio 9.5 ★

Nombra el disolvente del quitaesmalte y da el significado de sus dos pictogramas.

Solución

Solución de Ejercicio 9.5.

La propanona (acetona). GHS02: muy inflamable; GHS07: irrita los ojos, y sus vapores pueden provocar somnolencia o vértigo.

Ejercicio 9.6 ★★

Con la solubilidad de la sal, halla la mayor masa de sal que pueden disolver $500\,\mathrm{g}$ de agua a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Solución

Solución de Ejercicio 9.6.

$360 \times \frac{500}{1000} = 180\,\mathrm{g}$ .

Ejercicio 9.7 ★★

Se remueven $80\,\mathrm{g}$ de sal en $200\,\mathrm{g}$ de agua a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . ¿Se disuelve toda? Si no, ¿qué masa se queda en el fondo?

Solución

Solución de Ejercicio 9.7.

$200\,\mathrm{g}$ de agua disuelven como mucho $360 \times \frac{200}{1000} = 72\,\mathrm{g}$ . No: se quedan en el fondo $80 - 72 = 8\,\mathrm{g}$ .

Ejercicio 9.8 ★★

Se disuelven $25\,\mathrm{g}$ de azúcar en $225\,\mathrm{g}$ de agua. ¿Qué porcentaje de la masa de la disolución es azúcar?

Solución

Solución de Ejercicio 9.8.

La disolución pesa $225 + 25 = 250\,\mathrm{g}$ ; $\frac{25}{250} = 10\,\%$ .

Ejercicio 9.9 ★★

Mira la figura de los tres vasos de agua con sal. ¿En qué vaso podría disolverse todavía más sal?

Solución

Solución de Ejercicio 9.9.

En el primer vaso, donde toda la sal se ha disuelto y la disolución todavía no está saturada.

Ejercicio 9.10 ★★

¿Por qué una botella de agua con gas burbujea al abrirla, y no antes?

Solución

Solución de Ejercicio 9.10.

El dióxido de carbono estaba disuelto a presión en la botella cerrada. Al abrirla baja la presión: el agua puede retener menos gas, y el gas que sobra sale en forma de burbujas.

Ejercicio 9.11 ★★★

Un litro de agua puede disolver unos $2000\,\mathrm{g}$ de azúcar, pero solo unos $0.04\,\mathrm{g}$ de oxígeno. ¿Cuántas veces más azúcar que oxígeno es eso?

Solución

Solución de Ejercicio 9.11.

$2000 \div 0.04 = 50\,000$ veces más.

Ejercicio 9.12 ★★★

En verano, el agua de un estanque se calienta y los peces suben a la superficie a tragar aire. Usa este capítulo para explicar por qué.

Solución

Solución de Ejercicio 9.12.

Un gas se disuelve menos en agua templada: el estanque caliente contiene menos oxígeno disuelto, y a los peces les falta oxígeno.

9.6 Problema: La salmuera del quesero

Problema 9.1

Problema de fin de semana — un baño de agua saturada de sal para los quesos, y lo que le hace el calor del verano

Muchos quesos se sumergen unas horas en un baño de salmuera: agua saturada de sal. Un quesero llena un depósito con $20\,\mathrm{L}$ de agua ( $20\,\mathrm{kg}$ ) y añade sal hasta que una parte se queda sin disolver en el fondo. Toma como solubilidad de la sal $360\,\mathrm{g}$ por kilogramo de agua.

Parte I — Las palabras.

En la salmuera, ¿cuál es el soluto y cuál el disolvente?
¿Qué significa “saturada” en el caso de la salmuera?
¿Por qué añade el quesero sal hasta que queda un poco en el fondo?

Parte II — Preparar la salmuera.

¿Qué masa de sal se disuelve en los $20\,\mathrm{kg}$ de agua?
¿Cuál es la masa de la salmuera (sin la sal no disuelta)?
¿Qué porcentaje de la masa de la salmuera es sal? Redondea al número entero más próximo.
Un día solo se añaden $5\,\mathrm{kg}$ de sal. ¿Está saturada la salmuera? ¿Cuánta sal más podría disolver?

Parte III — Un verano caluroso. Durante una semana de calor se evaporan $5\,\mathrm{L}$ ( $5\,\mathrm{kg}$ ) de agua de la salmuera saturada de la parte II, sin que se pierda nada de sal.

¿Cuánta agua queda en el depósito?
¿Qué masa de sal puede seguir teniendo disuelta esta agua?
¿Qué le pasa a la sal que el agua restante no puede retener?
¿Cómo puede ver el quesero, a simple vista, que esto ha ocurrido?
Calcula la masa de sal que ha cristalizado en el fondo del depósito.

Solución

Solución de Problema 9.1.

1. Soluto: la sal. Disolvente: el agua.

2. El agua contiene tanta sal como puede: ya no se puede disolver más sal en ella.

3. La sal sin disolver del fondo demuestra que la salmuera está saturada: contiene la mayor cantidad de sal posible.

4. $360 \times 20 = 7200\,\mathrm{g} = 7.2\,\mathrm{kg}$ .

5. $20 + 7.2 = 27.2\,\mathrm{kg}$ .

6. $\frac{7.2}{27.2} \approx 0.26$ : alrededor del $26\,\%$ .

7. No: el agua podría disolver $7.2\,\mathrm{kg}$ . Todavía podría disolver $7.2 - 5 = 2.2\,\mathrm{kg}$ .

8. $20 - 5 = 15\,\mathrm{kg}$ de agua ( $15\,\mathrm{L}$ ).

9. $360 \times 15 = 5400\,\mathrm{g} = 5.4\,\mathrm{kg}$ .

10. Sale de la disolución en forma de cristales sólidos: cristaliza y cae al fondo.

11. Aparecen cristales blancos nuevos que se amontonan en el fondo del depósito.

12. Han cristalizado $7.2 - 5.4 = 1.8\,\mathrm{kg}$ de sal.

Términos definidos en este capítulo

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