En la vida cotidiana, las personas rara vez encuentran sustancias puras. La mayoría de los artículos son mezclas de sustancias.
Una solución es una mezcla homogénea en la que los componentes se mezclan uniformemente. Existen varios tipos según el tamaño de partícula: sistemas gruesos, soluciones moleculares y sistemas coloidales, que suelen denominarse soles. Este artículo trata sobre soluciones moleculares (o verdaderas). La solubilidad de las sustancias en agua es una de las principales condiciones que afectan la formación de compuestos.
Solubilidad de sustancias: qué es y por qué se necesita
Para entender este tema, necesitas saber qué son las soluciones y la solubilidad de las sustancias. En términos simples, esta es la capacidad de una sustancia para combinarse con otra y formar una mezcla homogénea. Desde un punto de vista científico, se puede considerar una definición más compleja. La solubilidad de las sustancias es su capacidad para formar composiciones homogéneas (o heterogéneas) con una o más sustancias con una distribución dispersa de componentes. Hay varias clases de sustancias y compuestos:
- instante;
- poco soluble;
- insoluble.
Lo que dice la medida de la solubilidad de una sustancia
El contenido de una sustancia en una mezcla saturada es una medida de su solubilidad. Como se mencionó anteriormente, para todas las sustancias es diferente. Solubles son aquellos que pueden diluir más de 10g de ellos mismos en 100g de agua. La segunda categoría es inferior a 1 g en las mismas condiciones. Prácticamente insolubles son aquellos en cuya mezcla pasan menos de 0,01 g del componente. En este caso, la sustancia no puede transferir sus moléculas al agua.
¿Qué es el coeficiente de solubilidad?
El coeficiente de solubilidad (k) es un indicador de la masa máxima de una sustancia (g) que se puede diluir en 100 g de agua u otra sustancia.
Disolventes
Este proceso involucra un solvente y un soluto. El primero se diferencia en que inicialmente se encuentra en el mismo estado de agregación que la mezcla final. Por regla general, se toma en grandes cantidades.
Sin embargo, mucha gente sabe que el agua ocupa un lugar especial en la química. Hay reglas separadas para ello. Una solución en la que está presente H2O se llama solución acuosa. Al hablar de ellos, el líquido es un extractante aun cuando sea en menor cantidad. Un ejemplo es una solución al 80% de ácido nítrico en agua. Las proporciones aquí no son iguales Aunque la proporción de agua es menor que la del ácido, es incorrecto llamar a la sustancia una solución al 20% de agua en ácido nítrico.
Hay mezclas que carecen de H2O. Llevarán el nombreno acuoso. Tales soluciones de electrolitos son conductores iónicos. Contienen extractores individuales o mezclas. Están compuestos de iones y moléculas. Se utilizan en industrias como la medicina, la producción de productos químicos domésticos, cosméticos y otras áreas. Pueden combinar varias sustancias deseadas con diferente solubilidad. Los componentes de muchos productos que se aplican externamente son hidrofóbicos. En otras palabras, no interactúan bien con el agua. En tales mezclas, los disolventes pueden ser volátiles, no volátiles o combinados. Las sustancias orgánicas en el primer caso disuelven bien las grasas. Los volátiles incluyen alcoholes, hidrocarburos, aldehídos y otros. A menudo se incluyen en los productos químicos domésticos. Los no volátiles se utilizan con mayor frecuencia para la fabricación de ungüentos. Estos son aceites grasos, parafina líquida, glicerina y otros. Combinado es una mezcla de volátiles y no volátiles, por ejemplo, etanol con glicerina, glicerina con dimexide. También pueden contener agua.
Tipos de soluciones por grado de saturación
Una solución saturada es una mezcla de sustancias químicas que contiene la concentración máxima de una sustancia en un solvente a una temperatura determinada. No se reproducirá más. En la preparación de una sustancia sólida, se nota la precipitación, que se encuentra en equilibrio dinámico con ella. Este concepto significa un estado que persiste en el tiempo debido a su flujo simultáneo en dos direcciones opuestas (reacciones directa e inversa) a la misma velocidad.
Si la sustanciaa una temperatura constante todavía puede descomponerse, entonces esta solución no está saturada. son estables Pero si continúa añadiéndoles una sustancia, entonces se diluirá en agua (u otro líquido) hasta que alcance su concentración máxima.
Otra mirada: sobresaturada. Contiene más soluto del que puede haber a temperatura constante. Debido al hecho de que se encuentran en un equilibrio inestable, el impacto físico sobre ellos provoca la cristalización.
¿Cómo se distingue una solución saturada de una no saturada?
Esto es bastante fácil de hacer. Si la sustancia es un sólido, entonces se puede ver un precipitado en una solución saturada. En este caso, el extractante puede espesarse, como, por ejemplo, en una composición saturada, agua a la que se le ha agregado azúcar.
Pero si cambia las condiciones, aumenta la temperatura, entonces ya no se considerará saturada, ya que a mayor temperatura la concentración máxima de esta sustancia será otra.
Teorías de interacción de componentes de soluciones
Hay tres teorías sobre la interacción de los elementos en una mezcla: física, química y moderna. Los autores del primero son Svante August Arrhenius y Wilhelm Friedrich Ostwald. Asumieron que, debido a la difusión, las partículas del solvente y el soluto se distribuyeron uniformemente por todo el volumen de la mezcla, pero no hubo interacción entre ellas. La teoría química presentada por Dmitri Ivanovich Mendeleev es lo contrario. Según él, como resultado de la interacción química entre ellos, inestablecompuestos de composición constante o variable, que se denominan solvatos.
Actualmente, se utiliza la teoría unificada de Vladimir Aleksandrovich Kistyakovsky e Ivan Alekseevich Kablukov. Combina física y química. La teoría moderna dice que en la solución hay partículas de sustancias que no interactúan y los productos de su interacción: solvatos, cuya existencia demostró Mendeleev. En el caso de que el extractante sea agua, se denominan hidratos. El fenómeno por el cual se forman los solvatos (hidratos) se denomina solvatación (hidratación). Afecta a todos los procesos físicos y químicos y cambia las propiedades de las moléculas en la mezcla. La solvatación ocurre debido al hecho de que la capa de solvatación, que consta de moléculas del extractante estrechamente asociadas con él, rodea la molécula de soluto.
Factores que afectan la solubilidad de las sustancias
Composición química de las sustancias. La regla "lo similar atrae a lo similar" también se aplica a los reactivos. Las sustancias que son similares en propiedades físicas y químicas pueden disolverse mutuamente más rápido. Por ejemplo, los compuestos no polares interactúan bien con los no polares. Las sustancias con moléculas polares o una estructura iónica se diluyen en polares, por ejemplo, en agua. En él se descomponen sales, álcalis y otros componentes, mientras que los no polares hacen lo contrario. Se puede dar un ejemplo sencillo. Para preparar una solución saturada de azúcar en agua se requiere una mayor cantidad de sustancia que en el caso de la sal. ¿Qué significa? En pocas palabras, puedes criar mucho másazúcar en agua que sal.
Temperatura. Para aumentar la solubilidad de los sólidos en líquidos, debe aumentar la temperatura del extractante (funciona en la mayoría de los casos). Se puede mostrar un ejemplo. Si pones una pizca de cloruro de sodio (sal) en agua fría, este proceso llevará mucho tiempo. Si haces lo mismo con un medio caliente, la disolución será mucho más rápida. Esto se explica por el hecho de que, como resultado del aumento de la temperatura, aumenta la energía cinética, una cantidad significativa de la cual a menudo se gasta en la destrucción de los enlaces entre las moléculas y los iones de un sólido. Sin embargo, cuando la temperatura aumenta en el caso de las sales de litio, magnesio, aluminio y álcalis, su solubilidad disminuye.
Presión. Este factor solo afecta a los gases. Su solubilidad aumenta con el aumento de la presión. Después de todo, el volumen de gases se reduce.
Cambiar tasa de disolución
No confunda este indicador con solubilidad. Después de todo, diferentes factores influyen en el cambio de estos dos indicadores.
El grado de fragmentación de la sustancia disuelta. Este factor afecta la solubilidad de los sólidos en líquidos. En el estado completo (grumoso), la composición se diluye más tiempo que la que se rompe en pedazos pequeños. Tomemos un ejemplo. Un bloque sólido de sal tardará mucho más en disolverse en agua que la sal en forma de arena.
Velocidad de agitación. Como es sabido, este proceso puede catalizarse mediante agitación. Su velocidad también es importante, porque cuanto más grande sea, más rápido se disolverá.sustancia en líquido.
¿Por qué necesitamos saber la solubilidad de los sólidos en agua?
En primer lugar, estos esquemas son necesarios para resolver correctamente las ecuaciones químicas. En la tabla de solubilidad hay cargas de todas las sustancias. Deben conocerse para registrar correctamente los reactivos y elaborar la ecuación de una reacción química. La solubilidad en agua indica si la sal o la base pueden disociarse. Los compuestos acuosos que conducen la corriente tienen electrolitos fuertes en su composición. Hay otro tipo. Los que conducen mal la corriente se consideran electrolitos débiles. En el primer caso, los componentes son sustancias que están completamente ionizadas en agua. Mientras que los electrolitos débiles muestran este indicador solo en pequeña medida.
Ecuaciones de reacciones químicas
Hay varios tipos de ecuaciones: moleculares, iónicas completas y iónicas cortas. De hecho, la última opción es una forma abreviada de molecular. Esta es la respuesta final. La ecuación completa contiene los reactivos y productos de la reacción. Ahora llega el turno de la tabla de solubilidad de las sustancias. Primero debe verificar si la reacción es factible, es decir, si se cumple una de las condiciones para la reacción. Solo hay 3 de ellos: la formación de agua, la liberación de gas, la precipitación. Si no se cumplen las dos primeras condiciones, debe verificar la última. Para hacer esto, debe mirar la tabla de solubilidad y averiguar si hay una sal o base insoluble en los productos de reacción. Si es así, entonces este será el sedimento. Además, se requerirá la tabla para escribir la ecuación iónica. Dado que todas las sales y bases solubles son electrolitos fuertes,luego se descompondrán en cationes y aniones. Además, los iones libres se reducen y la ecuación se escribe en forma abreviada. Ejemplo:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Por lo tanto, la tabla de solubilidad de las sustancias es una de las condiciones clave para resolver ecuaciones iónicas.
La tabla detallada te ayuda a saber cuánto componente necesitas tomar para preparar una rica mezcla.
Tabla de solubilidad
Esta es la tabla incompleta habitual. Es importante que aquí se indique la temperatura del agua, ya que es uno de los factores que ya hemos comentado anteriormente.
¿Cómo usar la tabla de solubilidad?
La tabla de solubilidad de sustancias en agua es uno de los principales asistentes de un químico. Muestra cómo varias sustancias y compuestos interactúan con el agua. La solubilidad de los sólidos en un líquido es un indicador sin el cual muchas manipulaciones químicas son imposibles.
La tabla es muy fácil de usar. Los cationes (partículas con carga positiva) se escriben en la primera línea, los aniones (partículas con carga negativa) se escriben en la segunda línea. La mayor parte de la tabla está ocupada por una cuadrícula con ciertos símbolos en cada celda. Estas son las letras "P", "M", "H" y los signos "-" y "?".
- "P" - el compuesto se disuelve;
- "M" - se disuelve un poco;
- "H" - no se disuelve;
- "-" - no existe conexión;
- "?" - no hay información sobre la existencia de la conexión.
Hay una celda vacía en esta tabla: esto es agua.
Ejemplo sencillo
Ahora sobre cómo trabajar con dicho material. Suponga que necesita averiguar si la sal es soluble en agua: MgSo4 (sulfato de magnesio). Para hacer esto, necesita encontrar la columna Mg2+ y bajar a la línea SO42-. En su intersección está la letra P, lo que significa que el compuesto es soluble.
Conclusión
Entonces, hemos estudiado la cuestión de la solubilidad de las sustancias en agua y no solo. Sin duda, este conocimiento será útil en el estudio posterior de la química. Después de todo, la solubilidad de las sustancias juega allí un papel importante. Será útil para resolver ecuaciones químicas y varios problemas.
