¿Es la solubilidad un fenómeno físico o químico?

Por Lorenzo Hernández • 23 jul, 2013 • Sección: Hablar de Ciencia

El tema de la solubilidad y las disoluciones se introduce muy pronto en la enseñanza secundaria, concretamente en 3º de la ESO. Por ejemplo, en el libro de 3º de la ESO de la editorial Bruño, se define la solubilidad como:

La cantidad máxima de soluto, expresada en gramos, que es posible disolver en 100 g de disolvente a una determinada temperatura.” (p. 61).

Anteriormente, en la pagina 58, se afirma que:

Desde el punto de vista químico, una disolución es cualquier mezcla homogénea. Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias:

  • El disolvente es el componente mayoritario.
  • El soluto es el componente que está en menor cantidad.

En una disolución puede haber varios solutos; de ellos se dice que se disuelven en el disolvente. Otros criterios para clasificar una disolución es diluida, concentrada y saturada.

Es la típica introducción que se suele hacer a la solubilidad y seguramente sea la apropiada para dicho nivel. No recuerdo bien, pero creo que en ningún libro de texto de 4ºESO o Bachillerato se plantea si la solubilidad es un fenómeno físico o químico. Pero en los departamentos de Física y Química suele haber libros de química y física más avanzados, normalmente bastante antiguos (no hay presupuesto para ediciones nuevas), donde, de vez en cuando, uno encuentra preguntas interesantes como la que he planteado en el título. Veamos algunos ejemplos, extraídos del libro citado al final del post, para analizar que la cuestión no está tan clara.

Disoluciones de gases.

Hay disoluciones que el soluto y el disolvente están muy separados entre sí, y la disolución sólo tiene lugar debido a que el movimiento de las moléculas hace que se entremezclen. Constituyen un ejemplo las disoluciones de unos gases en otros. Esto se demuestra, también, por las disoluciones de cera de parafina o de naftaleno en gasolina o en benceno. En este caso no hay reacción química, por lo que se trata de un fenómeno físico.

Aleaciones.

La situación es un tanto distinta con las aleaciones de níquel en cobre, ya que los dos metales comparten electrones, pero sobre una base muy móvil. Sin embargo, nosotros probablemente no diríamos que en dichas aleaciones los metales reaccionan entre sí; en este caso se conceptuaría a la disolución como un proceso físico.

Azúcar en agua.

Cuando el azúcar se disuelve en agua, lo hace debido a que los grupos hidroxilo de las moléculas de azúcar forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, y esto, ciertamente, es una reacción química. Sin embargo, se invierte fácilmente-cuando se deja evaporar el agua se rompen los enlaces de hidrógeno y se forma de nuevo azúcar cristalino. En este caso un químico conceptuaría probablemente a la disolución como un fenómeno físico ya que el azúcar se recupera inalterado.

Cloruro sódico en agua.

El cloruro de sodio se disuelve en agua debido a que los iones sodio están atraídos por el extremo negativo del dipolo del agua (los átomos de oxígeno) y los iones cloruro están atraídos por el extremo positivo (los átomos de hidrógeno). El cloruro de sodio no se disolverá en líquidos como el benceno, puesto que el benceno no es polar y no atraerá a los iones sodio y cloruro. La llamada sal común no se disolverá mucho en alcohol, que es algo polar, debido a que las atracciones polares no son lo suficientemente grandes para vencer la atracción que se ejercen entre sí los iones en el cristal. Aunque el agua es un excelente disolvente para muchas sustancias, hay otras muchas que no la disuelve. No disolverá cera de parafina, benceno, cloroformo u otras sustancias covalentes no polares o poco polares, debido a que en aquellas sustancias no hay átomos que contengan cargas positivas o negativas suficientemente fuertes para ser atraídas por la molécula dipolar de agua. No disolverá al sulfato de bario (BaSO4), aunque esta substancia es completamente iónica, debido a que las atracciones entre los iones bario y sulfato doblemente cargados son tan grandes que la atracción de las moléculas de agua no puede superarlas.

Ácido sulfúrico y amoniaco en agua.

El ácido sulfúrico y el amoniaco son moléculas covalentes polares. Se disuelven libremente en agua ya que en presencia de las moléculas polares de agua están ionizadas: Estas reacciones se invierten rápidamente por ebullición de las disoluciones. En el caso del ácido sulfúrico el agua se evapora; en el caso del amoniaco, es el amoniaco el que escapa en forma de gas. En estos casos podemos considerar que los procesos de disolución son tanto físicos como químicos. Por ejemplo, si disolvemos dioxido de carbono en agua una pequeña proporción del mismo reacciona con el disolvente según la ecuación:

 ¿Es la solubilidad un fenómeno físico o químico?

Sin embargo, la mayor parte de las moléculas de dioxido de carbono simplemente se entremezclan con las moléculas de agua. La mayoría de los químicos dirían, en este caso, que la disolución es un fenómeno físico. Sin embargo, cuand0 se disuelve P4O10 en agua tiene lugar una reacción que sólo se invierte mediante calefacción vigorosa:

 ¿Es la solubilidad un fenómeno físico o químico?

Probablemente, la mayoría de los químicos no dirían que el P4O10 se “disuelve” en agua, sino que “reacciona” con el agua.

Cinc y ácido clorhídrico.

Una situación similar surge cuando se pone un trozo de cinc en ácido clorhídrico. El cinc desaprece y se dispersa uniformemente a través del líquido, pero ya no consta de átomos de cinc. El metal ha reaccionado con el ácido para formar iones cinc:

 ¿Es la solubilidad un fenómeno físico o químico?

No sería adecuado decir que el cinc se “disuelve” en ácido clorhídirco, sino que reacciona con el ácido.

Finalmente, la insolubilidad puede producirse si las moléculas de un disolvente líquido están tan fuertemente unidas entre sí que no pueden soltarse para unirse a las moléculas de un soluto potencial. Así, el ácido clorhídrico no se disoverá en ácido fluorhídrico líquido, aunque los dos están estrechamente relacionados en estructura y en propiedades. El fluoruro de hidrógeno está fuertemente unido por enlaces de hidrógeno- mucho más de lo que está el agua- y las moléculas tiene  muy poca tendencia a separarse una de otras para unirse a las moléculas de ácido clorhídirco o a los iones cloruro o hidrógeno.

Hay un antiguo refrán que dice que “lo semejante disuelve a lo semejante”, es decir, que las substancias covalentes disolverán a otras substancias covalentes y que los disolventes polares disolverán a los solutos polares. Hay mucho de cierto en ello, pero el fenómeno de las solubilidad es más complejo de lo que la regla sugiere. Se deben tener en cuenta no sólo las fuerzas de atracción entre iones o las moléculas del soluto y entre las moléculas del disolvente, los tamaños relativos de los iones o de las moléculas del soluto y las moléculas de disolvente y otros muchos factores.

Fuente: Química. John C Bailar y otros. Editorial Vicens-vives. 1983. p.384.

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2 comentarios »

  1. Disolución, ¿Física o Química? Muy interesante, siempre me lo había preguntado y tu aproximación me parece muy correcta. Gracias.

  2. Son de las típicas preguntas que cuando estás estudiando el tema, rodeado de problemas y ejercicios, no te sueles parar a pensar.

    Saludos y gracias.

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