6.3.2: Solubilidad de los compuestos iónicos: Sales

Los compuestos polares tienden a disolverse en agua, y podemos extender esa generalidad a los compuestos más polares de los compuestos totalmente iónicos. La sal de mesa, o cloruro de sodio (NaCl), el compuesto iónico más común, es soluble en agua (360 g/L). Recordemos que el NaCl es un cristal de sal compuesto no por moléculas discretas de NaCl, sino por un conjunto extendido de iones Na+ y Cl- unidos en tres dimensiones mediante interacciones electrostáticas. Cuando el NaCl se disuelve en agua, las interacciones electrostáticas dentro del cristal deben romperse. En cambio, cuando los compuestos moleculares se disuelven en el agua, son las fuerzas intermoleculares entre moléculas separadas las que se interrumpen. Se podría imaginar que la ruptura de las interacciones iónicas requeriría un aporte de energía muy elevado (ya hemos visto que los diamantes no se disuelven en el agua porque hay que romper los enlaces covalentes reales). Eso sería cierto si sólo consideráramos la energía necesaria para romper las interacciones iónicas, como indica el hecho de que el NaCl se funde a 801 oC y hierve a 1413 oC. Pero sabemos que sustancias como el NaCl se disuelven fácilmente en el agua, por lo que es evidente que ocurre algo más. El truco consiste en considerar todo el sistema cuando el NaCl se disuelve, igual que hicimos con las especies moleculares. Tenemos que considerar las interacciones que se rompen y las que se forman. Estos cambios en las interacciones se reflejan en el término ΔH (de ΔG = ΔH – TΔS).

Cuando un cristal de NaCl entra en contacto con el agua, las moléculas de agua interactúan con los iones Na+ y Cl- en la superficie del cristal, como se muestra en la figura. Los extremos positivos de las moléculas de agua (los hidrógenos) interactúan con los iones cloruro, mientras que el extremo negativo de las moléculas de agua (el oxígeno) interactúa con los iones sodio. Así, el ion en la superficie del sólido interactúa con las moléculas de agua de la solución; estas moléculas de VisChem animación de agua forman un grupo dinámico alrededor del ion. El movimiento térmico que representa la hidratación de un Na (que refleja la energía cinética de las moléculas, es decir, el ion + en una superficie de NaCl.
movimiento impulsado por las colisiones con otras moléculas del sistema) mueve entonces el ion y su cáscara de agua hacia la solución.116 La cáscara de agua es altamente dinámica-moléculas entran y salen de ella. La interacción ion-dipolo entre los iones y las moléculas de agua puede ser fuertemente estabilizadora (- ΔH). El proceso por el que las moléculas de disolvente interactúan con las moléculas de soluto y las estabilizan en la solución se denomina solvatación. Cuando el agua es el disolvente, el proceso se conoce como hidratación.

Preguntas para responder

  • Dibuja una imagen a nivel molecular de una solución de NaCl. Muestre todos los tipos de partículas e interacciones presentes en la solución.

  • Cuando calculamos y medimos cantidades termodinámicas (como ΔH, ΔS y ΔG), ¿por qué es importante especificar el sistema y los alrededores?

  • Cuando una sustancia se disuelve en agua, ¿qué es el sistema y qué son los alrededores? ¿Por qué? Qué criterios utilizarías para especificar el sistema y el entorno?

  • Para una disolución formada por NaCl y agua, ¿qué interacciones deben superarse a medida que el NaCl pasa a la disolución? Qué nuevas interacciones se forman en la solución?

  • Si la temperatura sube cuando se forma la solución, ¿qué podemos concluir sobre las fuerzas relativas de las interacciones que se rompen y las que se forman? ¿Qué podemos concluir si la temperatura baja?

  • Cuando se mide la temperatura de una solución, ¿se mide el sistema o los alrededores?

Preguntas para reflexionar

  • ¿Por qué la capa de agua que rodea a un ion no es estable?

  • ¿Cuáles son los límites de un sistema biológico?

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