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Física y Química 3.º ESO · La solubilidad y las curvas de solubilidad

Recuerda: la solubilidad y la temperatura

Objetivo: Al terminar, sabrás explicar qué es la solubilidad y cómo varía con la temperatura en los sólidos y en los gases.

Recuerda

La solubilidad

La solubilidad de una sustancia es la máxima cantidad de esa sustancia que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura dada. Es decir, la cantidad de soluto que hay en una disolución saturada.

Se suele expresar en gramos de soluto por cada 100 g de agua (g/100 g de agua). Por ejemplo, a 20 °C:

Sustancia	Solubilidad a 20 °C (g/100 g de agua, aprox.)
Azúcar (sacarosa)	200
Sal común (cloruro de sodio)	36
Nitrato de potasio	32
Yeso (sulfato de calcio)	0,2

¿Cómo influye la temperatura?

Sólidos en agua: en la mayoría, la solubilidad aumenta al subir la temperatura (el azúcar se disuelve mucho mejor en leche caliente). La sal común es una excepción: su solubilidad casi no cambia.
Gases en agua: la solubilidad disminuye al subir la temperatura (un refresco caliente pierde el gas enseguida). Además, la solubilidad de un gas aumenta con la presión: por eso los refrescos se embotellan a presión y, al abrirlos, salen burbujas.

Disolverse más rápido no es disolverse más

Remover, triturar el soluto (azúcar molido en vez de un terrón) y calentar hacen que el soluto se disuelva más rápido. Pero la cantidad máxima que se puede disolver (la solubilidad) solo cambia con la temperatura (y, en los gases, con la presión): por mucho que remuevas un vaso saturado, no se disuelve más.

Curvas de solubilidad

Si representamos la solubilidad de una sustancia frente a la temperatura, obtenemos su curva de solubilidad. En ella se lee cuánto soluto se disuelve como máximo en 100 g de agua a cada temperatura.

Si una disolución saturada en caliente se enfría, la solubilidad baja y el soluto que ya no cabe aparece en forma de cristales.

Puntos clave

Solubilidad: máxima cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad de disolvente a una temperatura dada.
Se suele dar en gramos de soluto por 100 g de agua.
Sólidos: la solubilidad suele aumentar con la temperatura (la de la sal casi no varía).
Gases: la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura y aumenta con la presión.
Remover, triturar y calentar aceleran la disolución; la cantidad máxima que se disuelve solo cambia con la temperatura (y, en los gases, con la presión).
La curva de solubilidad da la solubilidad a cada temperatura; al enfriar una disolución saturada aparecen cristales.

Errores frecuentes

ErrorDar una solubilidad sin decir la temperatura.
Cómo corregirloLa solubilidad cambia con la temperatura: di siempre «a 20 °C se disuelven…».
ErrorPensar que los gases se comportan como los sólidos y se disuelven mejor en caliente.
Cómo corregirloEs al revés: el agua caliente retiene menos gas. Por eso un refresco caliente pierde las burbujas antes.
ErrorPensar que, si se remueve más, se disuelve más cantidad de soluto.
Cómo corregirloRemover solo hace que se disuelva antes. Cuando la disolución está saturada, el soluto sobrante sigue en el fondo por mucho que remuevas; para disolver más hay que añadir disolvente o (en los sólidos) calentar.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Los peces en verano gráfico
La gráfica muestra cuántos miligramos de oxígeno pueden estar disueltos, como máximo, en 1 L de agua en contacto con el aire, según la temperatura (datos aproximados). a) ¿Cuánto oxígeno puede tener disuelto el agua a 10 °C? ¿Y a 30 °C? b) ¿Cómo varía la solubilidad del oxígeno con la temperatura? c) ¿Por qué en verano, en los tramos lentos y poco profundos de un río, los peces pueden tener problemas para respirar?

Resolución
a) A 10 °C, unos 11 mg/L; a 30 °C, unos 7,6 mg/L. b) Disminuye al aumentar la temperatura, como en todos los gases. c) En verano el agua se calienta y puede disolver menos oxígeno; si el agua está quieta y es poco profunda, se calienta todavía más. Los peces respiran el oxígeno disuelto, así que les cuesta respirar.
Ejemplo 2. Abrir un refresco situación real
Explica por qué: a) al abrir una lata de refresco salen burbujas; b) un refresco que se ha quedado caliente al sol hace más espuma al abrirlo y se queda antes sin gas que uno frío.

Resolución
a) El refresco se embotella con $\text{CO}_2$ a presión alta. Al abrirlo, la presión baja y el gas se vuelve menos soluble: el $\text{CO}_2$ que ya no cabe disuelto sale formando burbujas. b) Al subir la temperatura la solubilidad del $\text{CO}_2$ disminuye: el refresco caliente retiene menos gas y lo pierde más rápido.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
¿Por qué el azúcar se disuelve mejor en un vaso de leche caliente que en uno de leche fría? ¿Ocurre lo mismo con la sal en el agua?

Ver solución
La solubilidad del azúcar aumenta mucho con la temperatura; la de la sal casi no cambia.
Al calentar, la solubilidad del azúcar aumenta: se puede disolver más cantidad (y además se disuelve más deprisa). Con la sal común casi no se nota, porque su solubilidad apenas cambia con la temperatura (unos 36 g/100 g de agua a 20 °C y unos 38 g a 80 °C).
2. Fácil
La solubilidad de la sal común a 20 °C es de unos 36 g por cada 100 g de agua. ¿Cuánta sal se puede disolver como máximo en 250 g de agua a 20 °C?

Ver solución
90 g
La cantidad de sal es proporcional a la de agua: $36 \cdot \dfrac{250}{100} = 90$ g.
3. Media
Con los datos de la tabla de la explicación: a) ordena las cuatro sustancias de más a menos soluble a 20 °C; b) ¿cuáles se disolverían del todo si echas 50 g de cada una en 100 g de agua a 20 °C?

Ver solución
a) Azúcar > sal > nitrato de potasio > yeso. b) Solo el azúcar.
a) Azúcar (200) > sal común (36) > nitrato de potasio (32) > yeso (0,2). b) Solo el azúcar, porque es la única con solubilidad mayor de 50 g/100 g de agua. De la sal se disolverían 36 g; del nitrato de potasio, 32 g, y del yeso, solo 0,2 g.

Para practicar más

1. Fácil
Cuando calientas agua en un cazo, antes de que hierva aparecen burbujas pequeñas pegadas a las paredes. ¿Qué son? Pista: el agua del grifo tiene aire disuelto.

Ver solución
Aire que estaba disuelto y sale porque al calentar disminuye su solubilidad.
Son burbujas del aire disuelto en el agua. Al calentarla, la solubilidad de los gases disminuye y el aire que ya no cabe disuelto se separa en forma de burbujas (todavía no es vapor de agua; el agua aún no hierve).
2. Media
La solubilidad del nitrato de potasio a 20 °C es de unos 32 g/100 g de agua. a) ¿Cuánto se puede disolver en 50 g de agua a 20 °C? b) Si echas 20 g en esos 50 g de agua, ¿se disuelve todo?

Ver solución
a) 16 g. b) No: quedan 4 g sin disolver.
a) $32 \cdot \dfrac{50}{100} = 16$ g. b) No: se disuelven 16 g y quedan $20 - 16 = 4$ g en el fondo. La disolución queda saturada.
3. Media
Mirando la gráfica del oxígeno disuelto: a) ¿cuánto oxígeno puede haber disuelto, como máximo, en 1 L de agua a 20 °C? b) ¿Cuánto oxígeno menos puede tener el agua a 40 °C que a 0 °C?

Ver solución
a) Unos 9 mg. b) Unos 8 mg menos (de 14,6 a 6,4 mg/L).
a) A 20 °C la gráfica marca unos 9 mg/L (9,1 mg/L). b) A 0 °C, unos 14,6 mg/L; a 40 °C, unos 6,4 mg/L. Diferencia: $14{,}6 - 6{,}4 = 8{,}2 \approx 8$ mg/L. A 40 °C puede tener menos de la mitad que a 0 °C.