Solubilidad

La solubilidad se define para fases específicas. Por ejemplo, la solubilidad de aragonito y calcita en el agua se espera que difieran, si bien ambos son polimorfos de carbonato de calcio y tienen la misma fórmula molecular.

La solubilidad de una sustancia en otra está determinada por el equilibrio de fuerzas intermoleculares entre el solvente y el soluto, y la variación de entropía que acompaña a la solvatación. Factores como la temperatura y la presión influyen en este equilibrio, cambiando así la solubilidad.

La solubilidad también depende en gran medida de la presencia de otras sustancias disueltas en el solvente como por ejemplo la existencia de complejos metálicos en los líquidos. La solubilidad dependerá también del exceso o defecto de algún ion común, con el soluto, en la solución; tal fenómeno es conocido como el efecto del ion común. En menor medida, la solubilidad dependerá de la fuerza iónica de las soluciones. Los dos últimos efectos mencionados pueden cuantificarse utilizando la ecuación de equilibrio de solubilidad.

Para un sólido que se disuelve en una reacción redox, la solubilidad se espera que dependa de las posibilidades (dentro del alcance de los potenciales en las que el sólido se mantiene la fase termodinámicamente estable). Por ejemplo, la solubilidad del oro en el agua a alta temperatura se observa que es casi de un orden de magnitud más alta cuando el potencial redox se controla mediante un tampón altamente oxidante redox Fe₃O₄-Fe₂O₃ que con un tampón moderadamente oxidante Ni-NiO.[5]

La solubilidad (metaestable) también depende del tamaño físico del grano de cristal o más estrictamente hablando, de la superficie específica (o molar) del soluto. Para evaluar la cuantificación, se debe ver la ecuación en el artículo sobre el equilibrio de solubilidad. Para cristales altamente defectuosos en su estructura, la solubilidad puede aumentar con el aumento del grado de desorden. Ambos efectos se producen debido a la dependencia de la solubilidad constante frente a la denominada energía libre de Gibbs asociada con el cristal. Los dos últimos efectos, aunque a menudo difíciles de medir, son de relevante importancia en la práctica ^{[cita requerida]} pues proporcionan la fuerza motriz para determinar su grado de precipitación, ya que el tamaño de cristal crece de forma espontánea con el tiempo.

Temperatura

La solubilidad de un soluto en un determinado solvente depende principalmente de la temperatura. Para muchos sólidos disueltos en el agua líquida, la solubilidad aumenta con la temperatura hasta 100 °C,[6] aunque existen casos que presentan un comportamiento inverso. En la mayoría de los casos en el agua líquida a altas temperaturas la solubilidad de los solutos iónicos tiende a aumentar debido al cambio de las propiedades y la estructura del agua líquida, que reduce la constante dieléctrica de un disolvente menos polar.

Los solutos gaseosos muestran un comportamiento más complejo con la temperatura. Al elevarse la temperatura, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua (el mínimo que está por debajo de 120 °C para la mayoría de gases),[7] pero más solubles en solventes orgánicos.[6]

El gráfico muestra la curva de solubilidad de algunas sales sólidas inorgánicas típicas.[8] Muchas sales se comportan como el nitrato de bario y el arseniato ácido disódico, y muestran un gran aumento de la solubilidad con la temperatura. Algunos solutos (por ejemplo, cloruro de sodio (NaCl) en agua) exhiben una solubilidad bastante independiente de la temperatura. Unos pocos, como el sulfato de cerio (III) y el carbonato de litio, se vuelven menos solubles en agua a medida que aumenta la temperatura. Esta dependencia de la temperatura se refiere a veces como «retrógrada» o «solubilidad inversa». En ocasiones, se observa un patrón más complejo, como con sulfato de sodio, donde el cristal decahidratado menos soluble pierde agua de cristalización a 32 °C para formar una fase anhidra menos soluble. ^{[cita requerida]}

La solubilidad de los compuestos orgánicos casi siempre aumenta con la temperatura. La técnica de la recristalización, utilizado para la purificación de sólidos, depende de un soluto de diferentes solubilidades en un solvente caliente y fría. Existen algunas excepciones, tales como determinadas ciclodextrinas.[9]

La solubilidad de un soluto específico en un disolvente específico se expresa generalmente como la concentración de una solución saturada de los dos. [10] Se puede utilizar cualquiera de las diversas formas de expresar la concentración de las soluciones, como la masa, el volumen o el cantidad en moles del soluto para una masa, volumen o cantidad molar específica del disolvente o de la solución.

Una forma muy común de encontrar los valores que describen cuantitativamente la solubilidad de un soluto es encontrar el máximo número de gramos de soluto que pueden disolverse en una cantidad dada de solvente, teniendo esto en cuenta podemos expresar la solubilidad en moles por litro ( a esto se le conoce como solubilidad molar) solo si se sabe la masa molar de la sustancia. En el caso particular de las sales iónicas que son solo ligeramente solubles, se suele cuantificar su solubilidad mediante el estudio del siguiente equilibrio:[13]

${\displaystyle {\ce {MX(s) <=>M+(ac) + X-(ac)}}}$

cuando en un equilibrio participa alguna sustancia sólida, la concentración de ésta no aparece en la expresión de la constante de equilibrio, ya que permanece constante. Esto ocurre con la concentración de MX, por lo que la expresión queda :

${\displaystyle {\ce {K[MX] = Kps = [M+][X-]}}}$

El producto de solubilidad de un compuesto iónico, es el producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes, cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.

Este término se utiliza a menudo en el campo de la metalurgia para referirse al grado en que un elemento aleado se disolverá en el metal base sin formar una fase separada. El soluto o línea (o curva) de solubilidad es la línea (o líneas) de un diagrama de fases que indica los límites de adición de soluto. Es decir, las líneas muestran la cantidad máxima de un componente que se puede añadir a otro componente y seguir en solución sólida. En la estructura cristalina del sólido, el elemento "soluto" puede ocupar el lugar de la matriz dentro de la red (una posición sustitucional; por ejemplo, el cromo en el hierro) o bien ocupar un lugar en un espacio entre los puntos de la red (una posición intersticial; por ejemplo, el carbono en el hierro).

En la fabricación microelectrónica, la solubilidad sólida se refiere a la concentración máxima de impurezas que se pueden colocar en el sustrato.

En los compuestos sólidos (a diferencia de los elementos), la solubilidad de un elemento soluto también puede depender de las fases que se separan en equilibrio. Por ejemplo, la cantidad de Sn soluble en la fase ZnSb puede depender significativamente de si las fases que se separan en equilibrio son (Zn₄Sb₃+Sn(L)) o (ZnSnSb₂+Sn(L))[14]. Además de éstas, el compuesto ZnSb con Sn como soluto puede separarse en otras combinaciones de fases una vez alcanzado el límite de solubilidad dependiendo de la composición química inicial durante la síntesis. Cada combinación produce una solubilidad diferente del Sn en el ZnSb. De ahí que los estudios de solubilidad en compuestos, concluidos en el primer caso de observar fases secundarias que se separan podrían subestimar la solubilidad.[15] Mientras que el número máximo de fases que se separan a la vez en el equilibrio puede determinarse mediante la regla de las fases de Gibb, para los compuestos químicos no existe un límite en sí para el número de tales combinaciones de separación de fases. Por lo tanto, establecer experimentalmente la "solubilidad máxima" en compuestos sólidos puede ser difícil, ya que requiere el equilibrio de muchas muestras. Si el defecto cristalográfico dominante (en su mayoría defectos puntuales intersticiales o sustitucionales) implicado en la solución sólida puede intuirse químicamente de antemano, el uso de algunas pautas termodinámicas sencillas puede reducir considerablemente el número de muestras necesarias para establecer la solubilidad máxima. [16]

• Producto de solubilidad
• Soluto
• Solvente
• Concentración
• Molaridad
• Fracción molar
• Absorción (química)
• Miscibilidad
• Liposoluble
• Equilibrio químico
• Normalidad
• Factores que influyen en la solubilidad
• Entropía
• Proceso de salutación
• Disolución de gases
• Disoluciones

• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre solubilidad.