La temperatura y la solubilidad
Lo que vas a aprender
- Explicar qué es la solubilidad de una sustancia en agua.
- Leer en una tabla o en un diagrama de barras cuánto soluto se disuelve en 100 g de agua a cada temperatura, y calcularlo para otra cantidad de agua.
- Calcular cuánto sólido se deposita al enfriar el agua en que estaba disuelto.
- Explicar por qué los gases se disuelven menos en el agua caliente.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Si le echas azúcar a una limonada helada, tarda en disolverse y hay que revolver un buen rato. En un tinto caliente, en cambio, se disuelve enseguida, y además el agua caliente admite todavía más azúcar antes de llenarse. Y una gaseosa que se dejó al sol pierde el gas mucho más rápido que una recién sacada de la nevera.
Las dos cosas hablan de lo mismo: cuánto se disuelve una sustancia en el agua depende de la temperatura. En esta lección vas a ver qué es la solubilidad, cómo se lee en una tabla o en un diagrama de barras, y cómo se usa para calcular cuánto se disuelve en una cantidad de agua y cuánto vuelve a aparecer como sólido cuando el agua se enfría.
Antes de empezar necesitas saber qué es una mezcla de agua con algo disuelto (como el agua con sal) y saber multiplicar y dividir por 100.
Explicación
Disolver no es fundir
Cuando echas azúcar en el agua y revuelves, el azúcar desaparece de la vista. No se fundió: el azúcar se funde con calor, sin agua, y se vuelve caramelo. En el agua lo que pasa es que el azúcar se disuelve: sus partículas se separan unas de otras y se reparten entre las partículas del agua, tan pequeñas que no se ven. El azúcar sigue ahí; por eso el agua sabe dulce.
La sustancia que se disuelve es el soluto y la sustancia en la que se disuelve es el solvente. En esta lección el solvente siempre es el agua.
Hasta dónde se disuelve
Un vaso de agua no disuelve una cantidad cualquiera de un sólido. Llega un momento en que el agua ya no recibe más, y lo que echas de más se queda en el fondo sin disolverse, por mucho que revuelvas. Con el azúcar ese momento llega muy tarde: en 100 g de agua fría caben unos 180 g de azúcar, más de lo que pesa el agua. Con la sal de cocina llega mucho antes. La solubilidad es justamente eso: la mayor cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad de agua, a una temperatura. Para poder comparar, se da casi siempre en gramos por cada 100 g de agua (100 g de agua son, más o menos, 100 mL).
Cada sustancia tiene su solubilidad, como tiene su densidad o su punto de ebullición. Hay sustancias que se disuelven muchísimo y otras que casi nada, como la arena.
Revolver o moler el soluto hace que se disuelva más rápido, pero no hace que se disuelva más. Lo que sí cambia cuánto se disuelve es la temperatura.
Los sólidos: más calor, más se disuelve
En la mayoría de los sólidos, la solubilidad aumenta con la temperatura: el agua caliente disuelve más que el agua fría. Por eso el tinto caliente acepta más azúcar que la limonada helada. Hay sólidos en los que cambia muy poco, como la sal de cocina, pero lo común es que aumente.
Para ver la relación con números, los datos de esta lección son de una sal inventada, que llamaremos S. En un laboratorio imaginario se midió cuántos gramos de S se disuelven, como máximo, en 100 g de agua a cada temperatura:
| Temperatura del agua (°C) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
|---|---|---|---|---|---|
| S disuelta en 100 g de agua (g) | 20 | 30 | 45 | 60 | 80 |
Otra cantidad de agua
La tabla habla de 100 g de agua. Si tienes la mitad del agua, se disuelve la mitad del soluto; si tienes el doble, el doble. Para cualquier cantidad de agua se multiplica la solubilidad por esa cantidad y se divide entre 100.
Cuando el agua se enfría
Imagina que a $60\ \text{°C}$ disolviste en 100 g de agua todo lo que la tabla permite. Si dejas enfriar el agua, a cada temperatura caben menos gramos. Lo que ya no cabe vuelve a aparecer como sólido: se forman cristalitos que se van al fondo. Esa idea sirve para separar mezclas, y la vas a usar en la lección de la cristalización.
Los gases: al revés
Con los gases pasa lo contrario: se disuelven menos en el agua caliente. Al calentarse, sus partículas se mueven más rápido y se escapan del agua con más facilidad. Por eso:
- una gaseosa caliente pierde el gas enseguida y sabe «desbravada», mientras que una fría lo conserva más tiempo;
- cuando se calienta agua en una olla, mucho antes de que hierva aparecen burbujitas pegadas a las paredes: es aire que estaba disuelto en el agua y que se escapa;
- el agua de un río o de un estanque que se calienta mucho guarda menos oxígeno disuelto, y a los peces les queda menos para respirar.
Las experiencias con agua caliente las hace el docente, con agua tibia y sin hervirla; tú observas y anotas.
Solubilidad de la sal inventada S: gramos que se disuelven, como máximo, en 100 g de agua a cada temperatura. Los altos son los de la tabla: 20, 30, 45, 60 y 80 g. Cuanto más caliente el agua, más S se disuelve.
Ejemplo resuelto
Media cantidad de agua
Según la tabla inventada, a 40 °C se disuelven 45 g de S en 100 g de agua. ¿Cuántos gramos de S se disuelven, como máximo, en 50 g de agua a esa temperatura?
Ver la solución paso a paso
Para otra cantidad de agua, multiplicamos la solubilidad por los gramos de agua y dividimos entre 100:
$$\frac{45 \cdot 50}{100}$$
Hacemos la cuenta:
$$22{,}5$$
Tiene sentido: 50 g es la mitad de 100 g, y se disuelve la mitad de 45 g. Ojo: la temperatura no se cambia, sigue siendo $40\ \text{°C}$.
Respuesta: Se disuelven, como máximo, 22,5 g de S.
Ejemplo resuelto
Lo que aparece al enfriar
En 100 g de agua a 60 °C se disolvieron 60 g de S, que es lo máximo según la tabla. Luego el agua se deja enfriar hasta 20 °C, donde solo caben 30 g. ¿Cuántos gramos de S vuelven a aparecer como sólido?
Ver la solución paso a paso
Lo que había disuelto menos lo que todavía cabe a $20\ \text{°C}$ es lo que ya no cabe:
$$60 - 30$$
Restamos:
$$30$$
Esos gramos no desaparecen: se separan del agua y forman cristalitos que se van al fondo del recipiente. En el agua quedan disueltos los otros 30 g.
Respuesta: Vuelven a aparecer como sólido 30 g de S.
Ejemplo resuelto
Calentar para disolver más
Se tienen 200 g de agua. ¿Cuántos gramos de S se disuelven como máximo a 20 °C y a 80 °C, y cuántos gramos más se disuelven al calentar? Usa la tabla inventada: 30 g y 80 g por cada 100 g de agua.
Ver la solución paso a paso
A $20\ \text{°C}$, en 200 g de agua:
$$\frac{30 \cdot 200}{100}$$
Es el doble de lo que cabe en 100 g:
$$60$$
A $80\ \text{°C}$, en los mismos 200 g de agua:
$$\frac{80 \cdot 200}{100}$$
Hacemos la cuenta:
$$160$$
La diferencia es lo que se disuelve de más gracias al calor:
$$160 - 60 = 100$$
Respuesta: Se disuelven 60 g a 20 °C y 160 g a 80 °C: al calentar se disuelven 100 g más.
Práctica
Según la tabla inventada, ¿cuántos gramos de S se disuelven, como máximo, en 100 g de agua a 80 °C?
En la tabla, debajo de 80 °C está el 80: caben 80 g en 100 g de agua. 60 g es la solubilidad a 60 °C, y 100 g es la cantidad de agua, no de S.
Según la tabla inventada, a 20 °C se disuelven 30 g de S en 100 g de agua. ¿Cuántos gramos se disuelven, como máximo, en 50 g de agua a 20 °C?
30 · 50 ÷ 100 = 15 g. Con la mitad del agua cabe la mitad del soluto.
A 80 °C se disuelven 80 g de S en 100 g de agua. ¿Cuántos gramos se disuelven, como máximo, en 250 g de agua a la misma temperatura?
80 · 250 ÷ 100 = 200 g. Con 2,5 veces el agua, cabe 2,5 veces el soluto.
En 100 g de agua, ¿cuántos gramos de S más se disuelven a 60 °C (60 g) que a 0 °C (20 g)?
60 − 20 = 40 g más. En S, como en la mayoría de los sólidos, el agua caliente disuelve más.
En 100 g de agua a 80 °C se disolvieron 80 g de S, lo máximo. El agua se enfría hasta 40 °C, donde solo caben 45 g. ¿Cuántos gramos de S vuelven a aparecer como sólido?
80 − 45 = 35 g. Lo que ya no cabe a 40 °C se separa del agua y forma cristalitos en el fondo.
En 50 g de agua a 60 °C se disolvieron 30 g de S, lo máximo. Luego el agua se enfría hasta 0 °C, donde en 100 g de agua solo caben 20 g. ¿Cuántos gramos de S vuelven a aparecer como sólido?
A 0 °C, en 50 g de agua caben 20 · 50 ÷ 100 = 10 g. Había 30 g disueltos: 30 − 10 = 20 g aparecen como sólido. Fíjate en que hay que pasar los 20 g a la cantidad de agua que de verdad hay.
¿Verdadero o falso? Se echan 40 g de S en 100 g de agua a 20 °C (donde caben 30 g) y se revuelve muy bien durante mucho rato. Al final, todo se disuelve.
A 20 °C solo caben 30 g en 100 g de agua, y 40 es mayor que 30. Revolver hace que se disuelva más rápido, pero no hace que quepa más: el resto se queda en el fondo.
En la situación anterior (40 g de S en 100 g de agua a 20 °C, donde caben 30 g), ¿cuántos gramos de S se quedan en el fondo sin disolverse?
Se disuelven 30 g y sobran 40 − 30 = 10 g. Si el docente calienta el agua a 40 °C, caben 45 g, y esos 10 g también se disuelven.
¿Verdadero o falso? En 100 g de agua se disuelven 0,6 g de un gas inventado a 10 °C y 0,3 g a 40 °C. Entonces, al calentar el agua, se disuelve más gas.
0,3 g es menos que 0,6 g: al calentar el agua, se disuelve menos gas. Con los gases pasa lo contrario que con la mayoría de los sólidos.
Se destapan dos gaseosas iguales, una que estuvo al sol y otra recién sacada de la nevera. ¿Cuál pierde el gas más rápido y por qué?
Al revés que la mayoría de los sólidos, los gases se disuelven menos en el agua caliente: sus partículas se mueven más rápido y se escapan. Un gas no se funde: ya es un gas.
Julián le echa azúcar a una limonada helada y ve que tarda en desaparecer, así que revuelve muy rápido. ¿Qué logra?
Revolver o moler el azúcar hace que se disuelva antes, pero la cantidad máxima que cabe en esa agua depende de la temperatura. En una limonada caben muchas cucharadas antes de llenarse; lo que Julián cambia es la rapidez, no la solubilidad.
Reto
Completa el informe de la sal S.
Usa la tabla inventada. Para otra cantidad de agua, multiplica la solubilidad por los gramos de agua y divide entre 100.
Reto
Abre el candado de la solubilidad.
Cada pista da un dígito de la clave. Usa la tabla inventada de la sal S; en 10 g de agua cabe la décima parte de lo que cabe en 100 g.
Reto
¿Se disolvió todo o sobró?
Cada cuenta es lo que se echó de S menos lo que cabe en 100 g de agua, en gramos. Si sale positivo, sobró sólido en el fondo; si sale negativo, todo se disolvió y aún cabía más.
Cierre
En resumen
La solubilidad es la mayor cantidad de una sustancia que se disuelve en una cantidad de agua a una temperatura; se suele dar en gramos por cada 100 g de agua.
En la mayoría de los sólidos, la solubilidad aumenta con la temperatura.
Para otra cantidad de agua, se multiplica la solubilidad por esa cantidad y se divide entre 100.
Al enfriar el agua, lo que ya no cabe vuelve a aparecer como sólido.
Los gases se disuelven menos en el agua caliente; revolver acelera la disolución, pero no cambia cuánto se disuelve.
Vocabulario
- Soluto
La sustancia que se disuelve, como el azúcar en la limonada.
- Solvente
La sustancia en la que se disuelve el soluto. En esta lección, el agua.
- Solubilidad
La mayor cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad de agua a una temperatura. Se suele dar en gramos por cada 100 g de agua.
- Disolver
Repartir un soluto entre las partículas del solvente hasta que no se ve. No es lo mismo que fundir.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte por qué el azúcar se disuelve más rápido en un tinto caliente que en una limonada helada, y si en el tinto cabe también más. Si tiene agua tibia y agua fría, eche usted una cucharadita de azúcar en cada uno de dos vasos iguales, revuelva igual en los dos y que los estudiantes midan cuánto tarda en desaparecer. Aclare que eso es la rapidez de disolución, no la solubilidad: en los dos vasos cabría muchísimo más azúcar.
- Explicación · 15 min — Defina la solubilidad, lea la tabla y el diagrama de barras de la sal S, y resuelva en el tablero el ejemplo de la media cantidad de agua y el de lo que aparece al enfriar.
- Práctica · 20 min — Preguntas en parejas. Los huecos, el candado y las canastas se pueden proyectar y resolver en grupo.
- Cierre · 5 min — Pida que expliquen con sus palabras la diferencia entre la gaseosa caliente y el tinto caliente: en uno se disuelve menos y en el otro más.
Preguntas para el salón
- ¿Revolver más fuerte hace que se disuelva más azúcar? ¿Qué sí lo logra?
- Si se enfría un agua en la que se disolvió mucha sal S, ¿qué va a aparecer en el fondo y de dónde sale?
- ¿Por qué las burbujitas que salen en una olla antes de hervir no son vapor?
Errores típicos
- Decir que el azúcar se derrite en el agua. Distinga fundir (sólido a líquido con calor) de disolver (repartirse en el agua), y recuerde que el agua sigue sabiendo dulce porque el azúcar está ahí.
- Usar la solubilidad de la tabla sin pasarla a la cantidad de agua que hay. Pida que escriban siempre «por cada 100 g de agua» al lado del número de la tabla y que se pregunten cuánta agua hay en el problema.
- Creer que revolver aumenta la cantidad que se disuelve. Eche usted cinco cucharaditas de sal de cocina en un cuarto de vaso de agua (unos 50 mL), revuelva largo rato y muestre que lo que sobra sigue en el fondo. Con azúcar no sale: haría falta muchísima.
- Generalizar a los gases lo que pasa con los sólidos. Contraste el tinto caliente con la gaseosa caliente: en los sólidos el calor ayuda a disolver; en los gases, no.
Tarea sugerida
Con ayuda de un adulto y agua de la llave (sin calentar), echar una cucharadita de azúcar en un vaso de agua fría de la nevera y otra en uno de agua al clima, revolver igual en los dos y anotar en una tabla cuántas vueltas de cuchara (o cuántos segundos) tarda en desaparecer en cada uno. Escribir una conclusión con las palabras «rapidez de disolución» y explicar por qué eso no es lo mismo que la solubilidad.