Reglas
de solubilidad
Muchos de los compuestos iónicos que
encontramos casi a diario, como la sal de mesa, el bicarbonato para hornear y
los fertilizantes para las plantas caseras, son solubles en agua. Por ello,
resulta tentador concluir que todos los compuestos iónicos son solubles en
agua, cosa que no es verdad. Aunque muchos compuestos iónicos son solubles en
agua, algunos son pocos solubles y otros parcialmente no se disuelven. Esto
último sucede no porque sus iones carezcan de afinidad por las moléculas de
agua, sino por que las fuerzas que mantienen a los iones en la red cristalina
son tan fuertes que las moléculas del agua
no pueden llevarse los iones.
Cuadro
N° 4 Reglas de solubilidad de compuestos iónicos.
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IONES
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SOLUBILIDAD EN AGUA
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Amonio NH4+,
sodio Na+ y potasio K+
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Todas las
sales de amonio, sodio y potasio son solubles
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Nitratos NO3-
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Todos los
nitratos son solubles
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Cloruros Cl-
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Todos los cloruros
son solubles excepto AgCl, AgCl2 y PbCl2
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Sulfatos SO42-
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La mayor
parte de los sulfatos son solubles; las excepciones incluyen SrSO4,
BaSO4 y PbSO4
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Cloratos ClO3-
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Todos los
cloratos son solubles
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Percloratos ClO4-
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Todos los
percloratos son solubles
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Acetatos CH3CO2-
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Todos los
acetatos son solubles
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Fosfatos PO43-
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Todos los
fosfatos son insolubles, excepto los de NH4+ y los
elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Carbonatos CO32-
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Todos los
carbonatos son insolubles, excepto los de NH4+ y los
elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Hidróxidos OH-
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Todos los
hidróxidos son insolubles, excepto los de NH4+ y los
elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos), Sr(OH)2 y
Ba(OH)2, Ca(OH)2 es ligeramente soluble
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Óxidos O2-
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Todos los
óxidos son insolubles, excepto los de los elementos del grupo IA (cationes de
metales alcalinos)
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Oxalatos C2O42-
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Todos los
oxalatos son insolubles, excepto los de NH4+ y los
elementos del grupo IA (cationes de metales alcalinos)
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Sulfuros S2-
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Todos los
sulfuros son insolubles, excepto los de NH4+ y los
elementos del grupo 1A (Cationes de metales alcalinos) y del grupo IIA
(MgS,CaS y BaS son poco solubles)
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Las reglas de solubilidad del cuadro N°4
son pautas generales que nos
permiten predecir la solubilidad en agua de los compuestos iónicos con base en
los iones que contienen.
Si un compuesto contiene al menos uno de los iones
indicados para compuestos solubles en el cuadro entonces el compuesto es al
menos moderadamente soluble.
El cuadro muestra ejemplos que ilustran las reglas
de solubilidad, sobre todo la comparación entre los nitratos, cloruros e
hidróxidos de diversos iones metálicos. Por ejemplo, supongamos que aplicamos
las reglas de solubilidad para averiguar si el NiSO4es soluble en
agua.
El NiSO4 contiene iones Ni2+ y SO42-.
Aunque el Ni2+ no se menciona en la tabla las sustancias que
contienen SO42- se describen como solubles (con excepción
de SrSO4, BaSO4 y PbSO4. Puesto que el NiSO4 contiene un ion SO42-
que indica solubilidad, predecimos que es soluble. Otros ejemplos son el AgNO3
y el Cu(NO3)2, no todos los nitratos son solubles.
El Cu(OH)2 y el AgOH, como la
mayor parte de los hidróxidos, son insoluble. El CdS el Sb2S3
y el PbS como casi todos los sulfuros,
son insolubles; pero el (NH4)2S es la excepción a la
regla ya que es soluble.
Electrolitos y no electrolitos
“Agua dulce y “agua salada” son ejemplos de
dos soluciones. Una diferencia significativa entre las dos se puede demostrar
con un conductímetro. Que consiste en una fuente de electricidad que puede ser
una batería o un contacto doméstico conectado a un foco. Uno de los cables se
corta y a las dos puntas se les retira el aislamiento. Esto rompe el circuito.
Si no juntamos las dos puntas, el foco no se prende. Si estas puntas separadas
se colocan en agua destilada o en una solución de azúcar en agua, el foco no se
enciende. No obstante, si son colocadas en una solución de sal, el foco se
ilumina. El agua pura y una solución de azúcar en agua no conducen la electricidad
y entonces no completan o cierran el circuito. El azúcar y otros solutos no
conductores se llaman no electrolitos. Una solución acuosa de cloruro de sodio
es un conductor eléctrico, y la sal es clasificada como un electrolito. ¿Pero
como explicamos esta diferencia?
En la figura Nº 1 si se introduce en un vaso
con agua destilada dos electrodos y los conectamos a una fuente de energía como
se puede observar:
. Electrolitos y no electrolitos
El flujo de corriente eléctrica involucra el
transporte de cargas eléctricas, por consiguiente el hecho de que las
soluciones de cloruro de sodio conduzcan la electricidad nos sugiere que ellas
contienen especies cargadas eléctricamente. Estas especies se llaman iones, del
griego “viajero”. Cuando el cloruro de sodio se disuelve en agua, se rompe en
cationes cargados positivamente Na+
y aniones cargados negativamente Cl-, que se mezclan
uniformemente con las moléculas y se
dispersan por toda la solución. Como los aniones y los cationes están en libertad
de moverse dentro de la solución, ellos son los responsables de conducir la
electricidad, es decir, llevan consigo cargas eléctricas. Te sorprendería si te
decimos que los iones Na+ y Cl- existen tanto en el salero como en la sopa.
Veamos la razón, el cloruro de sodio es un arreglo cúbico tridimensional de
iones sodio y cloruro ocupando posiciones alternas (fig.2.) Estos iones de
carga opuesta se atraen una a otro por medio de enlaces iónicos que mantienen
unido el cristal. En un compuesto iónico tal como el NaCl no existen moléculas
unidas por enlaces covalentes, solo aniones y cationes.
Pero, ¿Por qué ciertos átomos pierden y ganan
electrones para formar iones?
La respuesta involucra a la estructura
electrónica. Un átomo de sodio tiene un solo electrón en su último nivel de
energía. Un átomo de cloro, tiene siete, para ambos, la estabilidad se asocia
con tener ocho electrones en su último nivel “Regla de octeto”.
Enlaces iónicos que mantienen unido el cristal de NaCl
Los compuestos iónicos que se disocian
totalmente (100%) en solución acuosa se conocen como electrolitos fuertes,
mientras que aquellas que se convierten parcialmente en iones en solución, se
conocen como electrolitos débiles.
Los términos catión y anión se derivan de las
palabras griegas ion (viajero), kata (hacia abajo) y ana (hacia arriba).
Solubilidad de los compuestos iónicos
Muchos compuestos iónicos son completamente
solubles en agua. Cuando una muestra sólida es colocada en agua, las moléculas
polares de H2O son atraídas hacia los iones individuales. El átomo
de oxigeno de la molécula de agua tienen una carga neta negativa y es atraído
hacia los cationes. Debido a su carga positiva, los átomos de hidrógeno del
agua son atraídos hacia los aniones del soluto. Los iones son entonces rodeados
por moléculas de agua, los cuales forman una pantalla impidiendo la atracción
de los iones de cargas opuestas. La atracción anión-catión disminuye, mientras
la atracción entre los iones y las moléculas de H2O es considerable.
El resultado es que los iones son jalados fuera del sólido y hacia la solución.
En disolución, los compuestos iónicos se ionizan en sus cationes y aniones. La
siguiente ecuación y la figura Nº 3 representan este proceso para el cloruro de
sodio y agua:
NaCl(s) +
H2O (l)
Na+ (ac) + Cl-(ac).
La (ac) en la ecuación indica que los iones
están presentes en solución acuosa. Esto significa que cada ion está rodeado de
una capa envolvente de molécula de agua que conserva separados a los iones de
carga opuesta como se representa en la figura Nº 4
En la figura se observa la organización de
las moléculas de agua alrededor de los iones con los átomos de oxigeno más
próximos a los cationes y los átomos de hidrogeno más próximos a los aniones.
De esta forma existen los iones en solución.
Cuestionario
1. ¿Por qué se disuelve
una sal en agua?
Por que la Sal es soluble en agua
2. ¿Qué le sucede a los
iones positivos que componen una sal al disolverse en agua?
los cationes están en libertad de moverse
dentro de la solución, ellos son los responsables de conducir la electricidad,
es decir, llevan consigo cargas eléctricas.
3. ¿Qué le sucede a los
iones negativos que componen una sal al disolverse en agua?
aniones cargados negativamente Cl-, que se
mezclan uniformemente con las moléculas
y se dispersan por toda la solución.
4. Elabora un dibujo que
muestre como se encontrarían los iones que forman la sal KBr al disolverse en
agua.
1. ¿Cómo demostrarías
experimentalmente cuando un compuesto es o no un electrolito?
Con
la electrolisis
2. ¿Qué tipo de iones
forman una sal?
Iones positivos y negativos
3. ¿Qué tipo de
elementos ceden electrones y que carga
eléctrica adquieren?
Las sales
4. ¿Qué tipo de
elementos son ganadores de electrones y que carga eléctrica adquieren?
Los no metales
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