Soluciones: Molaridad, Dilución y Propiedades Coligativas
Cuando la sal desaparece en el agua, ¿qué ocurre realmente? Solubilidad, la matemática de la molaridad y la dilución, la regla de "lo semejante disuelve lo semejante" y cómo el soluto disuelto altera los puntos de ebullición y de congelación.
¿Qué es una solución?
Una solución es una mezcla homogénea — uniforme a nivel molecular. Tiene dos partes:
- Soluto — la sustancia que se disuelve (usualmente en menor cantidad).
- Solvente — la sustancia que disuelve (usualmente en mayor cantidad).
En el agua salada: la sal es el soluto; el agua es el solvente.
Las soluciones pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. El aire es una solución gas-gas (principalmente N₂ + O₂). El latón es una solución sólida-sólida (aleación de Cu + Zn). Pero en química, "solución" suele referirse a una sustancia disuelta en un líquido — con mayor frecuencia agua (solución acuosa).
"Lo semejante disuelve lo semejante" — la regla de la polaridad
Los solventes polares disuelven solutos polares o iónicos; los solventes no polares disuelven solutos no polares. La razón: las moléculas del solvente deben rodear y estabilizar las partículas del soluto, y esto se logra mejor cuando las polaridades coinciden.
- El agua (polar) disuelve la sal (iónica), el azúcar (polar) y el etanol (polar).
- El agua NO disuelve el aceite (no polar) — forman capas separadas.
- El hexano (no polar) disuelve aceites y ceras pero no la sal.
Por eso funciona el jabón: sus moléculas tienen una cabeza polar Y una cola no polar, y así sirven de puente entre la grasa (no polar) y el agua (polar).
El proceso de disolución
Para los compuestos iónicos en agua, las moléculas polares de agua se orientan alrededor de cada ion: los extremos H positivos cerca de los aniones y los extremos O negativos cerca de los cationes. Esta hidratación estabiliza los iones disueltos. NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq).
Tres factores que ACELERAN la disolución (sin cambiar la cantidad máxima que se puede disolver):
- Mayor temperatura (más energía cinética)
- Partículas más pequeñas (más área superficial)
- Agitación (renueva el solvente cerca de la superficie)
Niveles de saturación
- Insaturada — por debajo del límite de solubilidad; podría disolverse más soluto.
- Saturada — en el límite de solubilidad; el soluto adicional ya no se disolverá.
- Sobresaturada — mantiene temporalmente MÁS soluto que el saturado, lograda mediante enfriamiento cuidadoso. Es inestable; cualquier perturbación desencadena la cristalización.
La solubilidad generalmente AUMENTA con la temperatura para los sólidos en agua, pero DISMINUYE para los gases (por eso una gaseosa tibia se aplana más rápido).
Molaridad — la unidad de concentración más común
La molaridad (M) = moles de soluto por LITRO de solución:
M = mol / L
Ejemplo: disuelves 5.85 g de NaCl en suficiente agua para preparar 0.250 L de solución.
Moles de NaCl = 5.85 / 58.5 = 0.100 mol. Molaridad = 0.100 / 0.250 = 0.400 M.
Otras unidades de concentración:
- Molalidad (m) = moles de soluto por KG de SOLVENTE. Se usa para las propiedades coligativas porque la masa no cambia con la temperatura.
- Porcentaje en masa = (masa del soluto ÷ masa de la solución) × 100
- ppm = partes por millón; en soluciones acuosas diluidas, mg de soluto por L de agua
- Fracción molar = mol de un componente / mol totales de todos los componentes
Dilución — añadir solvente para bajar la concentración
Cuando diluyes una solución, la CANTIDAD de soluto permanece igual; solo cambia el volumen. Ecuación de dilución:
M₁V₁ = M₂V₂
Ejemplo: ¿Cuánta agua hay que añadir a 100 mL de HCl 6.0 M para obtener 0.50 M?
V₂ = (M₁V₁)/M₂ = (6.0 × 100)/0.50 = 1,200 mL (volumen final).
Agua a añadir = 1,200 − 100 = 1,100 mL.
SEGURIDAD: al diluir ácidos concentrados, SIEMPRE añade ácido AL agua — nunca agua al ácido. Se libera calor y el agua puede salpicar.
Electrolitos — conducción de electricidad
Una solución conduce electricidad solo si contiene IONES MÓVILES. Los compuestos iónicos (NaCl, KOH) se disocian completamente en iones al disolverse → electrolitos fuertes. Los compuestos moleculares (azúcar, etanol) se disuelven como moléculas intactas → no conducen (no electrolitos). Los ácidos débiles (ácido acético) se disocian parcialmente → electrolitos débiles.
Propiedades coligativas — dependen de CUÁNTAS partículas
Las propiedades coligativas dependen SOLO del número de partículas disueltas, no de su identidad:
- Descenso del punto de congelación — el soluto baja el punto de congelación del solvente. Es el principio de la sal en carreteras heladas.
- Elevación del punto de ebullición — el soluto aumenta el punto de ebullición. Es lo que ocurre con la sal en el agua de la pasta.
- Disminución de la presión de vapor — el soluto no volátil disuelto reduce la tendencia del solvente a evaporarse.
- Presión osmótica — la presión necesaria para evitar el flujo osmótico a través de una membrana semipermeable.
Los solutos iónicos que se disocian producen MÁS partículas por unidad fórmula. 1 mol CaCl₂ → 3 mol partículas (1 Ca²⁺ + 2 Cl⁻) → triplica el efecto coligativo respecto a un soluto no iónico equivalente.