En esta lección
Llévatelo
- Diapositivas de la lección (en inglés) (PDF)
- Hoja de práctica (próximamente)
Pregunta esencial
¿Por qué unas sustancias se disuelven y otras no?
El azúcar desaparece cuando la revuelves en agua, pero el aceite flota arriba por más que lo revuelvas. Al terminar esta lección, deberías poder explicar la diferencia usando las fuerzas intermoleculares.
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Soluto y disolvente
- Solución: una mezcla homogénea, igual de principio a fin
- Soluto: la sustancia que se disuelve
- Disolvente: la sustancia en la que se disuelve (casi siempre la que está en mayor cantidad)
- Cuando el agua es el disolvente, la solución es acuosa y se escribe (aq). NaCl(aq) significa cloruro de sodio disuelto en agua.
Lo semejante disuelve a lo semejante
Las sustancias con fuerzas intermoleculares parecidas tienden a disolverse una en otra o a mezclarse. Esta es la regla principal de este tema, tomada directamente del marco del curso de AP.
| Soluto | Agua (polar, puentes de hidrógeno) | Hexano (no polar, solo FDL) |
|---|---|---|
| Iónico o polar | Se disuelve | No se disuelve |
| No polar | No se disuelve | Se disuelve |
Lo polar va con lo polar, y lo no polar va con lo no polar.
Disolución: ruptura y formación de atracciones
- Las partículas de soluto se separan. Se rompen las atracciones soluto-soluto.
- Las partículas de disolvente hacen espacio. Se rompen las atracciones disolvente-disolvente.
- El soluto y el disolvente se atraen. Se forman nuevas atracciones soluto-disolvente.
Una sustancia se disuelve bien cuando las nuevas atracciones son casi tan fuertes como las que se rompieron. Si las nuevas atracciones son mucho más débiles, las partículas se quedan con las de su mismo tipo y la sustancia no se disuelve mucho. Esa es la razón, a nivel de partículas, por la que funciona la regla de que lo semejante disuelve a lo semejante.
Compuestos iónicos en agua
- El agua es polar: el extremo del O es parcialmente negativo (δ−) y los extremos de los H son parcialmente positivos (δ+).
- El extremo del O mira hacia los cationes (iones positivos).
- El extremo del H mira hacia los aniones (iones negativos).
- Una atracción entre un ion y una molécula polar es una atracción ion-dipolo.
Consejo para el examen: cuando dibujes iones en agua, cuida que el extremo correcto de cada molécula de agua apunte al ion. El oxígeno hacia los cationes y el hidrógeno hacia los aniones.
¿Miscible o inmiscible?
- Miscible: los líquidos se mezclan en cualquier proporción y forman una sola capa.
- Inmiscible: los líquidos forman capas separadas.
El agua y el etanol son miscibles porque el etanol tiene un grupo O-H que puede formar puentes de hidrógeno con el agua. El agua y el hexano son inmiscibles porque el agua es polar y el hexano es no polar. El hexano es menos denso que el agua, así que flota arriba.
Separación del aceite y el agua
- Las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno entre sí.
- El hexano solo tiene fuerzas de dispersión de London (FDL) débiles.
- El agua se mantiene unida y el hexano es empujado a su propia capa.
Si una molécula de hexano se metiera entre las moléculas de agua, rompería puentes de hidrógeno y solo podría ofrecer fuerzas de dispersión débiles a cambio. El agua y el hexano no se repelen. Lo que pasa es que las moléculas de agua se atraen mucho más entre sí que al hexano.
Disolventes no polares
- El I2 es no polar, así que sus únicas fuerzas intermoleculares son FDL.
- Se disuelve bien en hexano, que también solo tiene FDL.
- Casi no se disuelve en agua.
Si agitas yodo con agua y hexano, el yodo pasa a la capa de hexano, que se vuelve violeta. El yodo no puede formar con el agua atracciones lo bastante fuertes para compensar la ruptura de los puentes de hidrógeno del agua.
Alcoholes: partes polar y no polar
- El grupo O-H puede formar puentes de hidrógeno con el agua.
- La cadena de carbonos es no polar (solo FDL).
- Cadena más larga → menos soluble en agua.
Cada molécula tiene un solo grupo O-H, pero la parte no polar sigue creciendo. Mientras más larga es la cadena no polar, menos se parece la molécula al agua y menos soluble es en ella.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Comparación de la solubilidad en agua
¿Cuál es más soluble en agua, el NH3 o el CH4? Justifica tu respuesta con fuerzas intermoleculares.
Mostrar la solución
- FIM del NH3: los átomos de H están unidos directamente al N, y el N tiene un par libre. El NH3 es polar y puede formar puentes de hidrógeno.
- FIM del CH4: es tetraédrico y simétrico, así que es no polar. Solo tiene FDL.
- FIM del disolvente: el agua es polar y forma puentes de hidrógeno.
- Respuesta: el NH3 es más soluble en agua. Lo semejante disuelve a lo semejante.
Ejemplo de justificación para el examen: El NH3 puede formar puentes de hidrógeno con las moléculas de agua, y estas atracciones tienen una intensidad parecida a la de los puentes de hidrógeno que se rompen entre las moléculas de agua. El CH4 solo puede formar fuerzas de dispersión débiles con el agua, que no compensan la ruptura de los puentes de hidrógeno del agua.
Ejemplo 2: Elección de un disolvente
¿Cuál es más soluble en hexano, el CCl4 o el KBr? Justifica tu respuesta.
Mostrar la solución
- FIM del disolvente: el hexano es no polar, así que solo tiene FDL.
- Clasifica el KBr: es iónico. Las atracciones entre los iones K+ y Br− son muy fuertes, y el hexano no tiene cargas parciales que formen atracciones ion-dipolo.
- Clasifica el CCl4: cada enlace C-Cl es polar, pero la molécula es tetraédrica y simétrica, así que los dipolos de enlace se cancelan. El CCl4 es no polar y solo tiene FDL.
- Respuesta: el CCl4 es más soluble en hexano.
Ejemplo de justificación para el examen: El CCl4 y el hexano son no polares y solo tienen fuerzas de dispersión, así que se mezclan bien. El hexano no puede formar atracciones lo bastante fuertes para reemplazar las atracciones iónicas del KBr sólido, así que el KBr no se disolverá.
Ejemplo 3: Diagramas ion-dipolo
¿Cuál diagrama muestra correctamente las moléculas de agua alrededor de un ion Na+? Explica.
Mostrar la solución
- Carga del ion: el Na+ es positivo.
- Qué extremo del agua es atraído: un ion positivo atrae el extremo negativo del agua, el oxígeno (rojo).
- Revisa cada diagrama: en A, los átomos de oxígeno apuntan hacia el Na+. En B, los átomos de hidrógeno apuntan hacia él.
- Respuesta: El diagrama A es el correcto.
Ejemplo de justificación para el examen: La carga parcial negativa del oxígeno es atraída por el ion sodio positivo. El diagrama B coloca átomos de hidrógeno con carga parcial positiva junto a un ion positivo, y las cargas iguales se repelen.
Ejemplo 4: Atracciones que se rompen y se forman
Cuando el LiCl(s) se disuelve en agua, ¿cuáles atracciones se rompen y cuáles se forman?
LiCl(s) → Li+(aq) + Cl−(aq)
Mostrar la solución
- Qué le pasa al soluto: el LiCl sólido se separa en iones Li+ y Cl−, y cada ion queda rodeado de agua.
- Se rompen: las atracciones iónicas entre el Li+ y el Cl− en el cristal, y algunos puentes de hidrógeno entre moléculas de agua (para que el agua pueda hacer espacio a los iones).
- Se forman: atracciones ion-dipolo. El Li+ atrae el extremo del O de las moléculas de agua, y el Cl− atrae el extremo del H.
El LiCl es muy soluble en agua porque estas atracciones ion-dipolo son lo bastante fuertes para compensar las atracciones que se rompieron.
Práctica
La hoja de práctica llegará pronto.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Lo semejante disuelve a lo semejante: las FIM parecidas se mezclan.
- Disolver rompe atracciones y luego forma otras nuevas.
- Los iones se disuelven en agua por atracciones ion-dipolo.
- Cadena no polar más larga → menos soluble en agua.
De vuelta a la pregunta esencial: una sustancia se disuelve cuando el soluto y el disolvente pueden atraerse entre sí casi tan fuerte como se atraían a sí mismos. El agua y el hexano no pueden, así que se quedan en capas separadas. A continuación, el Tema 3.11 muestra cómo interactúan las moléculas con la luz a lo largo del espectro electromagnético.
Alineación con AP
Esta lección cubre el Tema 3.10, Solubilidad, de la Unidad 3 (Propiedades de sustancias y mezclas) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:
- 3.10.A: Explicar la relación entre la solubilidad de compuestos iónicos y moleculares en disolventes acuosos y no acuosos, y las interacciones intermoleculares entre las partículas.
Conocimiento esencial: 3.10.A.1
Habilidad sugerida: 4.D Análisis de modelos. Explicar el grado en que un modelo o una representación describe la conexión entre las propiedades a nivel de partículas y las propiedades macroscópicas.