Soluciones o disoluciones: soluto, disolvente, solubilidad y concentración

Una solución o disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias: a simple vista se ve una sola fase. El agua de limón, el suero oral, el aire y el acero son soluciones.

Soluto y disolvente

• Disolvente (solvente): la sustancia que se encuentra en mayor proporción y en la que se dispersa la otra. El más común es el agua; las soluciones en agua se llaman acuosas.
• Soluto: la sustancia que se encuentra en menor proporción y que se disuelve. Puede haber varios solutos.

$$\text{solución} = \text{soluto} + \text{disolvente}$$

Una regla útil para saber qué se disuelve en qué es «lo semejante disuelve a lo semejante»: las sustancias polares e iónicas se disuelven en disolventes polares, como el agua; las no polares (grasas, aceites) se disuelven en disolventes no polares, como la gasolina.

Solubilidad

La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que se disuelve en una cantidad dada de disolvente (normalmente 100 g de agua) a cierta temperatura. Según cuánto soluto tengan, las soluciones son:

• Diluidas o concentradas: términos cualitativos, poco o mucho soluto.
• No saturadas: pueden disolver más soluto.
• Saturadas: tienen el máximo de soluto que admiten a esa temperatura.
• Sobresaturadas: tienen más soluto del que admiten; se preparan calentando y enfriando con cuidado, y son inestables.

Factores que afectan la solubilidad

• Temperatura: la mayoría de los sólidos se disuelven mejor en agua caliente; los gases, al contrario, se disuelven mejor en agua fría (por eso un refresco caliente pierde el gas).
• Presión: solo afecta mucho a los gases; a mayor presión, mayor solubilidad. Al destapar un refresco baja la presión y el $\ce{CO2}$ escapa.
• Naturaleza del soluto y el disolvente: lo semejante disuelve a lo semejante.

• nitrato de potasio (KNO₃)
• cloruro de sodio (NaCl)

En la gráfica, a 40 °C se disuelven unos 64 g de $\ce{KNO3}$ en 100 g de agua. Un punto sobre la curva es una solución saturada; debajo, no saturada; arriba, sobresaturada. La solubilidad del NaCl casi no cambia con la temperatura.

Formas de expresar la concentración

La concentración indica cuánto soluto hay en cierta cantidad de solución.

Porcentaje en masa (% m/m)

$$\%\,m/m = \frac{\text{masa de soluto}}{\text{masa de solución}} \times 100$$

Ejemplo 1: se disuelven 15 g de azúcar en 135 g de agua.

$$\%\,m/m = \frac{15}{15 + 135}\times100 = \frac{15}{150}\times100 = 10\,\%$$

Porcentaje en volumen (% v/v)

$$\%\,v/v = \frac{\text{volumen de soluto}}{\text{volumen de solución}} \times 100$$

Ejemplo 2: ¿cuánto alcohol contiene una botella de 750 ml de tequila al 38 % v/v?

$$V_{\text{alcohol}} = \frac{38 \times 750}{100} = 285\ \text{ml}$$

Porcentaje masa/volumen (% m/v)

$$\%\,m/v = \frac{\text{gramos de soluto}}{\text{mililitros de solución}} \times 100$$

Ejemplo 3: el suero fisiológico es NaCl al 0.9 % m/v: tiene 0.9 g de sal por cada 100 ml.

Partes por millón (ppm)

Se usa para concentraciones muy pequeñas, como contaminantes:

$$\text{ppm} = \frac{\text{mg de soluto}}{\text{L de solución}}$$

Ejemplo 4: un agua con 0.05 mg de plomo por litro tiene 0.05 ppm de plomo.

Molaridad (M)

Es el número de moles de soluto por litro de solución. Es la unidad más usada en química:

$$M = \frac{n}{V} = \frac{m}{PM \cdot V}$$

donde $n$ son los moles de soluto, $m$ su masa en gramos, $PM$ su masa molar y $V$ el volumen de la solución en litros.

Ejemplo 5: ¿qué molaridad tienen 800 ml de solución preparada con 20 g de NaCl ($PM = 58.5$ g/mol)?

$$M = \frac{20}{58.5 \times 0.8} = 0.43\ \text{mol/L}$$

Ejemplo 6: ¿cuántos gramos de NaOH ($PM = 40$ g/mol) se necesitan para preparar 500 ml de solución 0.2 M?

$$m = M \cdot PM \cdot V = 0.2 \times 40 \times 0.5 = 4\ \text{g}$$

Molalidad (m)

Es el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente (no de solución):

$$m = \frac{n}{\text{kg de disolvente}}$$

Ejemplo 7: 9 g de glucosa ($PM = 180$ g/mol) en 250 g de agua: $n = \dfrac{9}{180} = 0.05$ mol y $m = \dfrac{0.05}{0.25} = 0.2$ mol/kg.

Dilución

Al agregar disolvente, el volumen aumenta pero la cantidad de soluto no cambia. Por eso:

$$C_1 V_1 = C_2 V_2$$

Ejemplo 8: ¿cuánta solución 6 M de HCl se necesita para preparar 300 ml de HCl 1.5 M?

$$V_1 = \frac{C_2 V_2}{C_1} = \frac{1.5 \times 300}{6} = 75\ \text{ml}$$

Se miden 75 ml de la solución concentrada y se completa con agua hasta 300 ml. Precaución: al diluir un ácido concentrado, siempre se agrega el ácido al agua, nunca al revés.

Comprueba lo aprendido

1. ¿Cuál es el % m/m de una solución con 20 g de sal en 180 g de agua?Ver respuestaOcultar respuesta

$\dfrac{20}{200}\times100 = 10\,\%$.

2. ¿Qué molaridad tiene una solución de 4 g de NaOH en 250 ml?Ver respuestaOcultar respuesta

$n = \dfrac{4}{40} = 0.1$ mol; $M = \dfrac{0.1}{0.25} = 0.4$ M.

3. ¿Por qué un refresco pierde menos gas en el refrigerador?Ver respuestaOcultar respuesta

Porque los gases son más solubles en agua fría.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios de pH y concentración de soluciones

Referencias

• Chang, R. y Goldsby, K. A. (2017). Química (12.ª ed.). McGraw-Hill.
• Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J. y Woodward, P. M. (2014). Química, la ciencia central (12.ª ed.). Pearson Educación.
• Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).

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