QUÍMICA · DISOLUCIONES
Sal, azúcar, gases y líquidos: aprende a calcular cuánto se disuelve y a distinguir saturación, miscibilidad y rapidez.
La solubilidad indica la composición de una disolución saturada en unas condiciones determinadas. Por ejemplo, a 20 °C pueden disolverse aproximadamente 35,8 g de cloruro de sodio por cada 100 g de agua. El límite cambia según el soluto, el disolvente y las condiciones.
No es lo mismo preguntar cuánto se disuelve que cuánto tarda. Los siguientes ejemplos muestran cómo leer una tabla, calcular masas y reconocer cuándo hay una fase disuelta y otra separada.
IUPAC · Solubilidad · Sigma-Aldrich · Solubilidades en gramos por 100 g de agua
EJEMPLO 1
NaCl · 20 °C
Tomamos la solubilidad tabulada de 35,8 g de NaCl por cada 100 g de agua. Con el doble de agua, el límite de masa disuelta también se duplica, manteniendo las mismas condiciones.
m máxima = 35,8 × 200 / 100 = 71,6 g de NaCl
Es la masa que puede estar disuelta al alcanzar el equilibrio. No son 71,6 g por cada 200 g de disolución.
EJEMPLO 2
NaCl · 20 °C · equilibrio
Si se añaden 80 g de NaCl a 200 g de agua y se alcanza el equilibrio sin pérdida de agua, se disuelven hasta 71,6 g y queda una fracción sólida.
m sólida restante = 80 − 71,6 = 8,4 g
El líquido está saturado y coexiste con sólido. Esto no es una disolución sobresaturada.
EJEMPLO 3
NaCl · disolución saturada a 20 °C
Una disolución con 35,8 g de NaCl y 100 g de agua tiene 135,8 g de masa total. Para hallar el porcentaje, el denominador debe ser la masa de la disolución.
% m/m = 35,8 / (100 + 35,8) × 100 ≈ 26,4 %
35,8 g por 100 g de agua no significa 35,8 % m/m. Tampoco permite calcular g/L de disolución sin conocer su volumen o densidad.
EJEMPLO 4
KCl · de 60 °C a 20 °C
En 100 g de agua, el límite de KCl pasa de 45,6 g a 60 °C a 34,24 g a 20 °C. Si partimos de la disolución saturada caliente, sin evaporación, y se alcanza el equilibrio final:
m que cristaliza = 45,6 − 34,24 = 11,36 g de KCl
La predicción supone que solo cristaliza KCl y que la masa de agua no cambia. Puede haber un retraso antes de que se formen cristales.
EJEMPLO 5
NaCl · equilibrio a 20 °C
Una disolución saturada contiene 35,8 g de NaCl y 100 g de agua. Si pierde 20 g de agua y vuelve al equilibrio a 20 °C, quedan 80 g de agua.
m disuelta final = 35,8 × 80 / 100 = 28,64 g
m que cristaliza = 35,8 − 28,64 = 7,16 g
La solubilidad no ha disminuido: cambió la cantidad de disolvente disponible. Se supone que no se pierde sal.
EJEMPLO 6
KMnO₄ · 20 °C
La referencia indica 6,43 g de KMnO₄ por 100 g de agua. Para 1 kg de agua se multiplica por diez.
6,43 × 10 = 64,3 g de KMnO₄ por kg de agua
Al pasar de 100 g a 1 kg de agua, el factor es 10. La unidad g/kg de agua tampoco es idéntica a g/L de disolución. A 60 °C, la misma tabla da 22,4 g por 100 g de agua.
EJEMPLO 7
Sacarosa · 25 °C
La ficha ICSC da aproximadamente 200 g de sacarosa por 100 mL de agua a 25 °C. Por tanto, 100 g de sacarosa en 100 mL de agua quedan por debajo de ese límite, si no hay otros solutos y se espera lo suficiente.
El dato usa volumen de agua, no volumen final. No hace falta hervir para que esa cantidad pueda disolverse. Un color marrón tampoco demuestra por sí mismo que se haya disuelto más azúcar.
EJEMPLO 8
Dos líquidos miscibles
Tanto una mezcla rica en agua como otra rica en etanol pueden formar una sola fase líquida. A temperatura ambiente, los dos líquidos son miscibles en todas las proporciones.
Añadir agua a etanol y añadir etanol a agua describen el mismo par miscible. Los volúmenes no se suman de forma estricta, aunque sí se conservan las masas en ausencia de pérdidas.
EJEMPLO 9
Dos líquidos parcialmente miscibles
Una pequeña cantidad de éter dietílico puede disolverse en agua; también puede disolverse agua en éter. Cuando la composición total entra en la región de dos fases, aparecen una fase rica en agua y otra rica en éter.
Cada fase contiene algo del otro componente. No son cuatro capas: agua pura, agua con éter, éter con agua y éter puro. Las dos solubilidades mutuas no tienen por qué ser iguales.
EJEMPLO 10
Agua · 25 °C · modelo de Henry
Usamos k ≈ 0,0013 mol/(kg·bar). Si la presión parcial de O₂ es 0,21 bar, la molalidad de equilibrio se estima multiplicando k por esa presión.
b(O₂) ≈ 0,0013 × 0,21 = 0,000273 mol/kg
masa ≈ 0,000273 mol/kg × 32 g/mol ≈ 0,0087 g/kg = 8,7 mg/kg de agua
Es una estimación para agua diluida a 25 °C y esa presión parcial; no equivale al contacto con oxígeno puro a 1 bar. La salinidad puede modificar el resultado.
EJEMPLO 11
Agua · 25 °C · presión parcial de 1 bar
Con las constantes elegidas de NIST, el cálculo de Henry da aproximadamente 0,0168 g de N₂ y 1,54 g de CO₂ molecular por kg de agua, cada gas en su propio sistema a presión parcial de 1 bar.
N₂: 0,00060 mol/kg × 28 g/mol = 0,0168 g/kg
CO₂: 0,035 mol/kg × 44 g/mol = 1,54 g/kg
El valor de CO₂ no representa todo el carbono inorgánico disuelto en un medio alcalino: allí también hay bicarbonato y carbonato. Comparar gases exige fijar temperatura y presión parcial.
NIST · Nitrógeno: constante de Henry · NIST · Dióxido de carbono: constante de Henry
EJEMPLO 12
Disminuye la presión parcial de CO₂
Tras abrir el envase, el líquido deja de estar en contacto con una atmósfera tan rica en CO₂. La cantidad que puede permanecer disuelta en equilibrio se reduce y parte del gas sale como burbujas.
El cambio no tiene que ser instantáneo: formación de burbujas, agitación y transporte de gas afectan a la rapidez. Reducir la presión no aumenta de forma general la solubilidad de los gases.
EJEMPLO 13
NH₃ en agua
Además de disolverse, una fracción del amoniaco acepta protones del agua. Por eso la cantidad total absorbida depende también del pH y del equilibrio químico.
NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)
Un valor de solubilidad necesita temperatura, presión del gas y una definición clara de la cantidad medida. No se debe aplicar una constante de Henry de NH₃ molecular a todo el amoniaco sin considerar NH₄⁺.
EJEMPLO 14
Datos con temperatura y volumen de agua
Las fichas ICSC indican 0,18 g de benceno por 100 mL de agua a 25 °C y 0,8 g de cloroformo por 100 mL de agua a 20 °C.
Benceno a 25 °C: 0,18 × 10 = 1,8 g/L de agua
Cloroformo a 20 °C: 0,8 × 10 = 8 g/L de agua
Son temperaturas distintas y el denominador es agua, no disolución final. En exceso pueden formar dos fases líquidas. Son datos de referencia, no una propuesta de ensayo doméstico.
OIT/OMS · Benceno, ICSC 0015 · OIT/OMS · Cloroformo, ICSC 0027
EJEMPLO 15
Modelo ficticio X · temperatura fija
Supongamos que X tiene una solubilidad de 20 g por 100 g de agua a 25 °C. Una muestra con 25 g realmente disueltos en esa agua está sobresaturada; si hay 20 g disueltos y 5 g de cristales en equilibrio, el líquido está saturado.
25 g disueltos > 20 g: sobresaturación
20 g disueltos + 5 g sólidos: dos fases en equilibrio
Una muestra sobresaturada es metaestable. La presencia de cristales recién añadidos, antes de alcanzar el equilibrio, no basta para decidir la saturación. X y sus cifras son un modelo didáctico.
EJEMPLO 16
Temperatura y composición constantes
Dos muestras iguales de soluto y agua pueden tardar tiempos distintos en disolverse si una se agita o usa cristales más pequeños. En condiciones ordinarias, esto ayuda a alcanzar antes el equilibrio.
No aumenta por sí solo la solubilidad de equilibrio del mismo sólido. Una comparación debe separar tiempo de disolución, cantidad de agua y temperatura.
Todos estos valores expresan gramos de soluto por 100 g de agua, a la temperatura de la columna. Son datos aproximados de referencia para cada sustancia en agua, sin otros solutos añadidos; no describen una mezcla de todas las sales.
| Soluto | Fórmula | A 20 °C | A 60 °C |
|---|---|---|---|
| Cloruro de sodio | NaCl | 35,8 | 37,05 |
| Cloruro de potasio | KCl | 34,24 | 45,6 |
| Nitrato de sodio | NaNO₃ | 88,3 | 124,7 |
| Clorato de potasio | KClO₃ | 7,3 | 25,9 |
| Nitrato de plata | AgNO₃ | 219,2 | 471 |
| Permanganato de potasio | KMnO₄ | 6,43 | 22,4 |
Más de 100 g por 100 g de agua es posible: el denominador es la masa de agua. Las dos columnas muestran que el efecto de calentar no tiene la misma magnitud en todas las sustancias. Cada dato corresponde únicamente a la temperatura indicada.
En una disolución diluida, una forma de la ley de Henry es b = k·p: b es molalidad del gas molecular (mol/kg de agua), p su presión parcial en bar y k una constante para ese gas, disolvente y temperatura. Hay otras convenciones de la constante: comprobar sus unidades antes de usarla.
| Gas | k a 25 °C · mol/(kg·bar) | Masa aproximada a p = 1 bar · g/kg de agua |
|---|---|---|
| O₂ | 0,0013 | 0,0416 |
| N₂ | 0,00060 | 0,0168 |
| CO₂ molecular | 0,035 | 1,54 |
Son estimaciones a partir de valores seleccionados de NIST, que recoge más de una determinación. Para convertir se usaron masas molares redondeadas de 32, 28 y 44 g/mol. El gas debe estar en equilibrio con el agua; la presión parcial de 1 bar no equivale a aire a presión total de 1 bar. No se incluye aquí la absorción adicional por reacción química.
NIST · Oxígeno: constante de Henry · NIST · Nitrógeno: constante de Henry · NIST · Dióxido de carbono: constante de Henry
| Estado | Cantidad realmente disuelta | Ejemplo ficticio: límite de X = 20 g / 100 g de agua a 25 °C |
|---|---|---|
| Insaturada | Menor que el límite | 15 g disueltos |
| Saturada | Igual al límite | 20 g disueltos |
| Sobresaturada | Mayor que el límite; estado metaestable | 25 g disueltos |
| Saturada con sólido | El líquido está en el límite y hay otra fase en equilibrio | 20 g disueltos + 5 g sólidos |
«Diluida» y «concentrada» comparan cantidades relativas; no sustituyen estos estados. Una sustancia poco soluble puede formar una disolución saturada con muy poco soluto. Un sedimento observado antes de alcanzar el equilibrio tampoco permite decidir por sí solo.
La cantidad de agua determina cuántos gramos pueden disolverse, pero no cambia por sí sola la relación tabulada en g por 100 g de agua. Agitación y tamaño de los cristales afectan sobre todo al tiempo necesario para llegar al equilibrio.
OpenStax · Interacciones y proceso de disolución · OpenStax · Solubilidad y ley de Henry
Siempre hay que leer el denominador. Estas tres unidades responden a preguntas distintas:
Para pasar de una base de masa a otra de volumen hace falta la densidad correspondiente a la temperatura indicada. No se puede convertir g por 100 g de agua a g/L de disolución multiplicando simplemente por diez. El ejemplo 3 muestra otra conversión: de solubilidad a porcentaje en masa.
| Sustancia | Fórmula | Comportamiento respecto al agua a temperatura ambiente |
|---|---|---|
| Etanol | C₂H₅OH | Líquido miscible con agua |
| 1-propanol | CH₃CH₂CH₂OH | Líquido miscible con agua |
| 2-propanol o isopropanol | CH₃CH(OH)CH₃ | Líquido miscible con agua |
| Acetona | CH₃COCH₃ | Líquido miscible con agua |
| Benceno | C₆H₆ | Líquido de solubilidad limitada en agua |
| Hexano | CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃ | Líquido muy poco soluble en agua |
| Fenol | C₆H₅OH | Puro es sólido a 20 °C; solubilidad limitada en agua a esa temperatura |
| Éter dietílico | C₂H₅OC₂H₅ | Líquido parcialmente miscible con agua |
| Tetracloruro de carbono | CCl₄ | Líquido de solubilidad muy baja en agua |
| Cloroformo | CHCl₃ | Líquido de solubilidad limitada en agua |
El agua disuelve muchas sustancias, pero no todas: «disolvente universal» no debe interpretarse literalmente. Los líquidos miscibles forman una fase en todas las proporciones; los parcialmente miscibles pueden formar una o dos según composición y temperatura.
En la región de dos fases de un sistema como agua–éter hay una fase acuosa y otra rica en éter, cada una con parte del otro componente. No aparecen cuatro capas puras y mixtas. Cuál queda arriba depende de las densidades; no toda fase orgánica flota. El fenol puro es sólido a 20 °C, por lo que no debe incluirse como líquido a esa temperatura.
Sigma-Aldrich · Miscibilidad de disolventes · OMS · Fenol: propiedades físicas · OIT/OMS · Cloroformo, ICSC 0027
La sacarosa es muy soluble en agua. Al cambiar la temperatura cambia el límite; agitar ayuda a disolver más deprisa, pero no sustituye el dato de equilibrio. El ejemplo 7 usa una cifra con temperatura y denominador explícitos.
Entre 20 y 60 °C, la tabla de NaCl pasa de 35,8 a 37,05 g por 100 g de agua. El aumento es pequeño comparado con el de otras sales; no se puede usar una regla de crecimiento idéntica para todas.
Es el caso de una mezcla miscible en todas las proporciones a temperatura ambiente. Una mezcla rica en etanol sigue pudiendo ser una sola fase.
También forma una fase a temperatura ambiente. Cambiar cuál se añade primero no convierte este par en un sistema de solubilidad limitada.
El mercurio metálico tiene una solubilidad muy baja en agua, pero «muy baja» no significa exactamente cero. Una gota visible de metal constituye otra fase; no es una disolución homogénea de toda la muestra.
La cantidad que se incorpora a la fase acuosa es limitada. Si sobra éter y la composición total lo permite, se separan dos fases líquidas.
También hay una cantidad limitada de agua que puede incorporarse a la fase rica en éter. No hay que copiar el valor de éter en agua: son composiciones de equilibrio distintas.
Aire limpio y oxígeno pueden mezclarse como gases bajo condiciones ordinarias. Es una mezcla gaseosa; no se interpreta mediante una tabla de saturación de un sólido en agua.
La pareja requiere especificar fases y temperatura: a temperatura ambiente el bromo es líquido y el cloro gaseoso. No sirve como ejemplo automático de dos gases ni basta nombrar los elementos para demostrar una disolución homogénea.
En la fase alfa de Pd–H y a baja carga, el hidrógeno ocupa intersticios del metal como átomos. Con otras composiciones y condiciones pueden aparecer otras fases; no son burbujas de H₂ dentro del sólido.
Un ejemplo líquido bien definido es yodo disuelto en benceno: se describe I₂ como soluto y el benceno como disolvente. Esto no demuestra que benceno en yodo sólido forme, en cualquier proporción, una disolución sólida.
El sistema Au–Pt presenta una región de separación en fases. Fundir y enfriar los metales no garantiza una disolución sólida homogénea: hacen falta composición, temperatura e historia térmica.
Las aleaciones Au–Pd pueden formar disoluciones sólidas. Para describir una muestra como una sola fase hay que precisar sus condiciones; observar que ambos metales se fundieron juntos no es una verificación de su estructura final.
Sigma-Aldrich · Solubilidades en gramos por 100 g de agua · OMS · Mercurio: propiedades y solubilidad · RSC · Fases del sistema paladio–hidrógeno · Estudio de la solubilidad del yodo en disolventes orgánicos · Estudio del equilibrio de disoluciones sólidas Au–Pt · Physical Review B · Termodinámica de aleaciones Au–Pd
| Combinación inicial | Qué hay que distinguir |
|---|---|
| Gas con gas | Mezcla gaseosa uniforme, como aire y oxígeno. |
| Líquido con gas | Vapor molecular mezclado con el gas frente a gotas suspendidas, como niebla. |
| Sólido con gas | Una sustancia vaporizada frente a partículas sólidas suspendidas, como humo. |
| Gas con líquido | Gas disuelto frente a burbujas de otra fase. |
| Líquido con líquido | Una fase miscible frente a dos fases o una emulsión. |
| Sólido con líquido | Soluto disuelto frente a partículas que permanecen separadas. |
| Gas con sólido | Solución sólida intersticial bajo condiciones específicas, como Pd–H alfa. |
| Líquido con sólido | Que el material se humedezca o absorba líquido en poros no demuestra solución sólida. |
| Sólido con sólido | Aleación de una sola fase frente a varias fases sólidas. |
En uso escolar se habla de disoluciones gaseosas para mezclas de gases. Para identificar una solución sólida o líquida se exige una fase homogénea a escala molecular, atómica o iónica. Una dispersión fina puede parecer uniforme sin cumplir ese criterio.
OpenStax · Coloides y dispersiones · OpenStax · Interacciones y proceso de disolución
1. ¿Cuánto KCl puede disolverse en 250 g de agua a 20 °C, según la tabla?
34,24 × 250 / 100 = 85,6 g, al alcanzar el equilibrio y sin otros solutos.
2. Se añaden 40 g de NaCl a 100 g de agua a 20 °C. ¿Cuánto queda sólido en equilibrio?
40 − 35,8 = 4,2 g. La fase líquida queda saturada; el conjunto tiene líquido y sólido.
3. ¿Cuánto KMnO₄ puede disolverse en 50 g de agua a 20 °C?
6,43 × 50 / 100 = 3,215 g según el dato tabulado; aproximadamente 3,22 g.
4. ¿35,8 g de NaCl por 100 g de agua significa 35,8 % en masa?
No. La masa total es 135,8 g. El porcentaje es 35,8 / 135,8 × 100 ≈ 26,4 % m/m.
5. ¿Cuánto KCl cristaliza al enfriar una disolución saturada con 200 g de agua de 60 a 20 °C?
(45,6 − 34,24) × 2 = 22,72 g, suponiendo equilibrio, sin evaporación ni pérdida de KCl.
6. ¿Qué sucede con b de un gas si se duplica su presión parcial a temperatura fija?
En el régimen de Henry, b = k·p, por lo que se duplica. No basta duplicar la presión total si la presión parcial del gas no cambia.
7. En el modelo X, ¿25 g realmente disueltos por 100 g de agua frente a un límite de 20 g son lo mismo que 20 g disueltos y 5 g sólidos?
No. El primer caso está sobresaturado; el segundo es una disolución saturada con otra fase sólida si hay equilibrio.
8. ¿Un cacao que parece uniforme demuestra disolución completa?
No. Puede contener partículas finas dispersas. Apariencia, agitación y disolución a escala molecular son criterios distintos.
Referencias consultadas el 8 de octubre de 2026. Ejemplos y ejercicios: Editorial Ejemplode.