10.2.- Solubilidad de compuestos iónicos
10.2.2.- Factores energéticos

Desde un punto de vista termodinámico, la solubilidad de un compuesto iónico dependerá de tres factores: cambio entálpico, cambio entrópico y la Temperatura.

Vamos a estudiar cada uno de ellos por separado:

  1. Cambio entálpico: Cuando se disuelve el cloruro de litio en agua, puede observarse la ebullición del disolvente, ya que es una reacción muy exotérmica:

    LiCl (s)       Cl (ac) + Li+ (ac)                 DHd  = ‑12 Kcal/mol

    La disolución de cualquier compuesto iónico en agua, consta de dos etapas:

     

    1. 1ªetapa: Los iones de la red cristalina se separan, y para ello hay que vencer las fuerzas electrostáticas:

      LiCl (s)     Cl (g) + Li+ (g)                       DHc = 198 Kcal/mol
       

    2. 2ªetapa: Los iones gaseosos formados, se solvatan con las moléculas del disolvente:

      Li+ (g) + Cl (g) 
          Cl (ac) +  Li+(ac)       DHh = ‑210 Kcal/mol
       

    3. Proceso global: Si sumamos los dos procesos, aplicando la ley de Hess tenemos:

                              LiCl (s)     Cl (ac) +  Li+(ac)

                         
             DHd = DHc + DHh = 198 + (‑210) = ‑12 Kcal/mol

 

el proceso total será exotérmico siempre que:

| DHh |   > | DHc |

 

Hay sustancias como el cloruro amónico (NH4Cl), cuya disolución en agua es endotérmica, (necesita calor), pero recordemos que lo que nos dice si un proceso es espontáneo o no, no es DH, sino la variación de la función de Gibbs (DG).

DG = DH ‑ T.DS

 

  1. Cambio entrópico: La entropía, como ya vimos, da la idea del desorden del sistema. La disolución representa, en la mayoría de los casos, el paso de un sistema ordenado, (cristal iónico), a otro de desorden iónico. La entropía entonces aumentará y por lo tanto el proceso será favorable ya que:

DG = DH ‑ T.DS

si DS aumenta, DG se hace más negativa y por lo tanto, el proceso será más espontáneo.

En la disolución del LiCl, el proceso está favorecido tanto entálpicamente como entrópicamente, en cambio, en el NH4Cl, el proceso no está favorecido entálpicamente pero sí entrópicamente y para ciertas temperaturas DG será menor que cero (negativo) y por lo tanto se disolverá.

 

  1. La Temperatura: Un aumento de la temperatura, produce siempre un aumento de las vibraciones de los iones en el cristal, por lo tanto, será más fácil vencer las fuerzas electrostáticas y como consecuencia, en general se favorecerá la disolución.
    Esto también se puede ver en la ecuación de la función de Gibbs, ya que al estar la temperatura en K y no poder ser negativa, un aumento de la temperatura, hará que la variación de la función de Gibbs se haga más negativa, ya que la entropía será siempre positiva en un proceso de este tipo.

           

 

En general, el factor entálpico es el que juega un papel más importante en la solubilidad.

Para realizar un estudio cualitativo, vamos a considerar dos aspectos:

  • Factores que influyen en la estabilidad del cristal: Los cristales que tienen un carácter covalente son menos solubles, es decir, que cuanto más iónico sea el cristal será más soluble en disolventes polares. Por ejemplo: el NaCl es más soluble que el CdS ya que entre los átomos que forman el primer compuesto hay más diferencia de electronegatividades.
     

  • Factores que influyen en la estabilidad de los iones hidratados: Los iones de gran carga y pequeña masa tienen gran tendencia a hidratarse por lo que se favorecería la solubilidad, sin embargo, a pesar de que este proceso sería más favorable, hay que tener en cuenta que estos mismos iones (pequeños y de gran carga), son los que más se atraen en el cristal, lo que dificultaría su solubilidad.

 

            Para concluir, podríamos decir, que:

  •  Son solubles en agua:

    • la mayoría de los compuestos de los metales alcalinos y del ion amonio.

    • casi todos los cloruros, bromuros y yoduros, excepto los de plomo, plata y mercurio.

    • casi todos los nitratos, cloratos y acetatos.

    • casi todos los sulfatos a excepción del de calcio, estroncio, bario, plata, plomo y mercurio.
       

  • Son compuestos insolubles en agua:

    • casi todos los carbonatos, cromatos, fosfatos y arseniatos excepto los de los metales alcalinos y los del ion amonio.

    • casi todos los óxidos, hidróxidos, cianuros y sulfuros, a excepción de los de los metales alcalinos y el ion amonio, y escasamente solubles los de calcio y bario.

           

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