Soluto, solvente y tipos de solución
Lo que vas a aprender
- Identificar el soluto y el solvente de una solución de uso diario.
- Clasificar una solución como insaturada, saturada o sobresaturada comparando lo disuelto con la solubilidad a esa temperatura.
- Leer una curva de solubilidad para hallar cuánto soluto falta para saturar o cuánto se deposita al enfriar.
- Distinguir entre una solución diluida y una insaturada.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Cuando endulzas una limonada, al principio el azúcar desaparece al revolver. Si sigues echando cucharadas, llega un momento en que el azúcar ya no se disuelve y se queda en el fondo del vaso. En cambio, en un tinto bien caliente el azúcar parece disolverse sin fin. ¿Qué cambió? ¿Por qué el agua «se llena» de azúcar y por qué el calor la deja recibir más?
En esta lección vas a nombrar las partes de una solución, vas a aprender a decir si una solución todavía admite soluto o ya está llena, y vas a leer una gráfica que predice cuánto soluto cabe a cada temperatura. Con esa misma gráfica podrás anticipar cuántos cristales aparecen cuando una solución caliente se enfría, que es como se purifican por cristalización muchas sustancias, como el alumbre o algunos medicamentos. La sal de cocina no: su solubilidad casi no cambia con la temperatura, y se cristaliza evaporando el agua.
Antes de empezar necesitas recordar qué es una mezcla homogénea y cómo se lee un punto en una gráfica cartesiana.
Explicación
Las partes de una solución
Una solución es una mezcla homogénea: una vez lista, no se distinguen sus componentes ni con lupa. El agua con sal, el agua con azúcar y el aire son soluciones. Un jugo con pulpa o el agua con arena no lo son, porque se ven partículas.
En una solución hay dos papeles:
- el soluto, la sustancia que se disuelve (la sal, el azúcar);
- el solvente o disolvente, la sustancia que lo disuelve (casi siempre, el agua).
Por lo general el solvente es el componente que está en mayor cantidad. Al disolver, la materia no desaparece: la masa de la solución es la masa del soluto más la masa del solvente. El azúcar «desaparece» de la vista porque se separa en partículas tan pequeñas que quedan repartidas entre las del agua.
¿Cuánto soluto cabe?
Un solvente no admite soluto sin límite. La solubilidad de una sustancia es la máxima cantidad que se puede disolver en una cantidad fija de solvente, a una temperatura dada. En esta lección se mide en gramos de soluto por cada 100 g de agua.
Comparando lo que hay disuelto con la solubilidad, una solución puede ser:
- insaturada, si tiene disuelto menos que el máximo: todavía admite más soluto;
- saturada, si tiene disuelto exactamente el máximo: lo que se agregue de más se queda sin disolver en el fondo;
- sobresaturada, si tiene disuelto más que el máximo. Parece imposible, pero se logra disolviendo el soluto en caliente y dejando enfriar muy despacio, sin mover el recipiente. Es una solución inestable: basta un golpe o un cristalito del soluto para que el exceso se deposite de golpe en forma de cristales.
Diluida no es lo mismo que insaturada
Las palabras diluida y concentrada comparan cuánto soluto hay en una solución frente a otra: poco o mucho. Las palabras insaturada y saturada comparan lo disuelto con el máximo que admite esa sustancia. Son dos preguntas distintas. Una sustancia muy poco soluble forma una solución saturada con muy poquito soluto: esa solución es diluida y, a la vez, saturada. Y una solución de azúcar puede tener mucho soluto, ser concentrada, y todavía admitir más: concentrada e insaturada.
La temperatura cambia el máximo
Para la mayoría de los sólidos, la solubilidad aumenta al calentar el agua. Por eso el tinto caliente recibe más azúcar que la limonada fría. Cuánto aumenta depende de cada sustancia: a unas el calor les ayuda mucho y a otras casi nada. Esa información se dibuja en una curva de solubilidad: en el eje horizontal va la temperatura y en el vertical la solubilidad.
Curvas de solubilidad de dos sustancias A y B, inventadas para esta lección. El eje horizontal es la temperatura, en °C, y el vertical los gramos que se disuelven como máximo en 100 g de agua. A cambia mucho con la temperatura; B, muy poco.
Cómo se lee la curva
Cada punto de la curva es una solución saturada de 100 g de agua: dice cuántos gramos caben como máximo a esa temperatura. Para clasificar una solución, ubica su temperatura en el eje horizontal y compara los gramos que tiene disueltos con la altura de la curva:
- si lo disuelto queda por debajo de la curva, la solución es insaturada;
- si queda sobre la curva, es saturada;
- si queda por encima y todo está disuelto, es sobresaturada.
Si la cantidad de agua no es 100 g, el máximo cambia en proporción: el doble de agua admite el doble de soluto, y la mitad de agua, la mitad.
Cuando una solución saturada se enfría, el máximo baja y el soluto que sobra ya no cabe: se deposita en el fondo en forma de cristales. Los gramos que aparecen son la diferencia entre lo que cabía en caliente y lo que cabe en frío.
Ejemplo resuelto
¿Insaturada o saturada?
Se disuelven 25 g de la sustancia A en 100 g de agua a 40 °C. ¿La solución es insaturada o saturada? Si admite más soluto, ¿cuánto le falta para saturarse?
Ver la solución paso a paso
Leemos en la curva de A la solubilidad a 40 °C, en gramos por cada 100 g de agua:
$$20 + \frac{40}{2}$$
es decir:
$$40$$
Comparamos lo disuelto con el máximo:
$$25 < 40$$
Hay menos de lo que cabe, así que la solución es insaturada. Lo que falta para saturarla es la diferencia, en gramos:
$$40 - 25$$
que da:
$$15$$
Respuesta: La solución es insaturada: le faltan 15 g de A para quedar saturada a 40 °C.
Ejemplo resuelto
Los cristales que aparecen al enfriar
Se prepara una solución saturada de A con 100 g de agua a 80 °C y se deja enfriar hasta 20 °C. ¿Cuántos gramos de A se depositan en el fondo?
Ver la solución paso a paso
A 80 °C caben, según la curva, estos gramos de A en 100 g de agua:
$$20 + \frac{80}{2}$$
son:
$$60$$
A 20 °C solo caben:
$$20 + \frac{20}{2}$$
es decir:
$$30$$
Lo que ya no cabe se deposita. Es la diferencia, en gramos:
$$60 - 30$$
que da:
$$30$$
La solución que queda arriba, a 20 °C, sigue saturada: tiene disuelto su máximo y los cristales en el fondo.
Respuesta: Se depositan 30 g de A en forma de cristales.
Ejemplo resuelto
Con otra cantidad de agua
¿Cuántos gramos de la sustancia B se disuelven como máximo en 200 g de agua a 80 °C?
Ver la solución paso a paso
La curva de B da la solubilidad a 80 °C en 100 g de agua:
$$35 + \frac{80}{20}$$
son:
$$39$$
Con el doble de agua cabe el doble de soluto. Multiplicamos por la razón entre las dos cantidades de agua:
$$\frac{39 \cdot 200}{100}$$
y queda:
$$78$$
Respuesta: En 200 g de agua a 80 °C se disuelven como máximo 78 g de B.
Una práctica con el docente
Con tu docente pueden comprobar estas ideas con azúcar o sal de cocina, agua y vasos transparentes. Usen poca agua y siempre la misma en cada vaso, por ejemplo 20 mL medidos con una jeringa sin aguja o una probeta: en un vaso lleno de agua caben cientos de gramos de azúcar. Agreguen el soluto por cucharaditas rasas, revolviendo cada vez. Anoten en una tabla cuántas cucharaditas se disolvieron antes de que quedara soluto en el fondo: ese vaso quedó saturado. Repitan con agua tibia, que caliente y manipule el docente, y comparen. Con el azúcar se nota la diferencia; con la sal casi no, porque su solubilidad apenas cambia con la temperatura, como la de la sustancia B. No prueben las soluciones ni trabajen con agua hirviendo. Al terminar, discutan qué variable cambió en cada ensayo y qué variables se mantuvieron iguales.
Práctica
Según la curva de la sustancia A, ¿cuántos gramos de A se disuelven como máximo en 100 g de agua a 60 °C?
En la curva de A, el punto de 60 °C está a la altura de 50: esa es la solubilidad, en gramos por cada 100 g de agua.
En 100 g de agua a 80 °C hay 42 g de A disueltos. ¿Cuántos gramos más de A se pueden disolver antes de que la solución quede saturada?
A 80 °C caben 60 g de A en 100 g de agua. Ya hay 42 g, así que faltan 60 − 42 = 18 g.
Se echan 45 g de A en 100 g de agua a 40 °C y se revuelve bien. ¿Cuántos gramos de A quedan sin disolver en el fondo?
A 40 °C caben 40 g de A. De los 45 g, se disuelven 40 y quedan 5 g en el fondo. La solución de arriba queda saturada.
Una solución tiene 35 g de B disueltos en 100 g de agua a 20 °C. ¿Verdadero o falso? Es insaturada.
A 20 °C caben 36 g de B en 100 g de agua. Tiene 35 g, uno menos que el máximo: todavía admite soluto, así que es insaturada, aunque esté muy cerca de saturarse.
Según la curva de A, ¿a qué temperatura, en °C, se disuelven como máximo 45 g de A en 100 g de agua?
La solubilidad de A sube 1 g por cada 2 °C desde los 20 g a 0 °C. Para llegar a 45 g hay que subir 25 g, que son 50 °C. El 25 sale de restar sin pasar a temperatura, y el 90 de duplicar 45.
¿Cuántos gramos de A se disuelven como máximo en 50 g de agua a 20 °C?
A 20 °C caben 30 g de A en 100 g de agua. En la mitad del agua cabe la mitad: 15 g.
Una solución saturada de A, hecha con 200 g de agua a 60 °C, se enfría hasta 0 °C. ¿Cuántos gramos de A se depositan?
En 100 g de agua caben 50 g a 60 °C y 20 g a 0 °C: se depositarían 30 g. Pero hay 200 g de agua, el doble, así que se depositan 60 g. La opción 30 olvida que el agua es el doble.
¿Verdadero o falso? Al calentar el agua de 20 °C a 80 °C, la solubilidad de B aumenta más que la de A.
La solubilidad de A pasa de 30 g a 60 g: aumenta 30 g. La de B pasa de 36 g a 39 g: aumenta solo 3 g. Calentar le ayuda mucho más a A.
Una sustancia es muy poco soluble: en una cantidad grande de agua solo se disuelve una pizca, y lo que se agrega de más queda en el fondo. ¿Cómo se describe esa solución?
Tiene muy poco soluto, así que es diluida. Pero ya tiene el máximo que admite, porque lo que se agrega queda en el fondo: es saturada. Diluida y saturada no se contradicen.
Una solución de azúcar, transparente y sin nada en el fondo, se dejó enfriar quieta. Al echarle un cristalito de azúcar, se forman de repente muchos cristales. ¿Qué tipo de solución era antes del cristalito?
Si fuera insaturada, el cristalito se habría disuelto; si fuera saturada, se habría quedado igual. Que aparezca de golpe mucho sólido muestra que tenía disuelto más que el máximo: era sobresaturada.
Reto
El candado de las curvas de A y B.
Cada pista da un dígito. Usa las curvas de A y de B, y recuerda que la curva habla de 100 g de agua.
Reto
Une cada palabra con lo que significa.
Arrastra cada ficha junto a la descripción que le corresponde.
Cierre
En resumen
Una solución es una mezcla homogénea de un soluto, que se disuelve, y un solvente, que lo disuelve; su masa es la suma de las dos.
La solubilidad es el máximo de soluto que se disuelve en una cantidad fija de solvente a una temperatura dada.
Una solución es insaturada si tiene menos que el máximo, saturada si tiene el máximo y sobresaturada si tiene más, de forma inestable.
Diluida y concentrada comparan cuánto soluto hay; insaturada y saturada lo comparan con el máximo.
En una curva de solubilidad se lee el máximo a cada temperatura; al enfriar una solución saturada, el soluto que ya no cabe se deposita.
Vocabulario
- Solución
Mezcla homogénea de dos o más sustancias: a simple vista, y aun con lupa, se ve como una sola fase.
- Soluto
La sustancia que se disuelve. Suele estar en menor cantidad.
- Solvente
La sustancia que disuelve al soluto. Suele estar en mayor cantidad; en esta unidad casi siempre es el agua. También se llama disolvente.
- Solubilidad
La máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad fija de solvente a una temperatura dada.
- Solución saturada
La que tiene disuelto exactamente el máximo de soluto que admite a esa temperatura.
- Solución sobresaturada
La que tiene disuelto más soluto que el máximo. Es inestable: con un golpe o un cristalito, el exceso se deposita.
- Curva de solubilidad
Gráfica que muestra cómo cambia la solubilidad de una sustancia con la temperatura.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte por qué el azúcar se queda en el fondo de una limonada fría y no en un tinto caliente. Anote las hipótesis en el tablero.
- Explicación · 15 min — Soluto y solvente; los tres tipos de solución; la diferencia entre diluida e insaturada. Lea la curva con el grupo y resuelva los tres ejemplos en el tablero.
- Práctica · 20 min — La práctica con azúcar o sal, por grupos y con agua tibia que usted mismo calienta y reparte; luego las preguntas y los retos en parejas. Pida que marquen cada punto en la curva antes de calcular.
- Cierre · 5 min — Que cada grupo diga si su último vaso quedó insaturado o saturado y cómo lo supo.
Preguntas para el salón
- ¿Puede una solución ser diluida y saturada a la vez? Den un ejemplo.
- Si una solución saturada se calienta, ¿sigue siendo saturada? ¿Qué pasa con el soluto que queda en el fondo?
- ¿Cómo sabrían, sin balanza, si un vaso de agua con sal ya está saturado?
Errores típicos
- Confundir diluida con insaturada y concentrada con saturada. Presente una sustancia muy poco soluble: con una pizca ya está saturada. Pida que la describan con las dos parejas de palabras.
- Leer la curva como si sirviera para cualquier cantidad de agua. Insista en que la curva habla de 100 g de agua y pida la proporción antes de responder.
- Creer que una solución con soluto en el fondo es sobresaturada. Explique que si hay sólido en el fondo, la solución de arriba tiene el máximo: es saturada. La sobresaturada no tiene nada en el fondo y es inestable.
- Pensar que el soluto desaparece al disolverse y que la masa de la solución es solo la del agua. Pese en la balanza el agua, el azúcar y luego la solución, y compare.
Tarea sugerida
Con la curva de A, calcular cuántos gramos de A caben en 300 g de agua a 40 °C y cuántos se depositan si esa solución saturada se enfría hasta 0 °C. Escribir en dos líneas por qué una solución diluida puede estar saturada.