Cómo predecir la solubilidad basada en la temperatura

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Por Peter J. Mikulecky, Chris Hren

El aumento de la temperatura magnifica los efectos de la entropía en un sistema. Debido a que la entropía de un soluto suele aumentar cuando se disuelve, el aumento de la temperatura suele aumentar la solubilidad – para solutos sólidos y líquidos, de todos modos. Otra manera de entender el efecto de la temperatura sobre la solubilidad es pensar en el calor como un reactivo en la reacción de disolución:

El calor es usualmente absorbido por las partículas de los solutos cuando éstos se disuelven. El aumento de la temperatura corresponde al calor añadido. Así que al aumentar la temperatura, usted suministra un reactivo necesario en la reacción de disolución. (En los raros casos en que la disolución libera calor, el aumento de la temperatura puede disminuir la solubilidad.)

Los solutos gaseosos se comportan de manera diferente a los solutos sólidos o líquidos con respecto a la temperatura. El aumento de la temperatura tiende a disminuir la solubilidad del gas en el líquido. Para entender este patrón, revise el concepto de presión de vapor. El aumento de la temperatura aumenta la presión de vapor porque el calor añadido aumenta la energía cinética de las partículas en la solución. Con energía añadida, estas partículas tienen más posibilidades de liberarse de las fuerzas intermoleculares que las mantienen en solución. Un ejemplo clásico de la vida real del efecto de la temperatura en la solubilidad del gas es la soda carbonatada. Que se aplana (pierde su gas de dióxido de carbono disuelto) más rápidamente: ¿Soda caliente o soda fría?

Comparar la solubilidad de los gases en los líquidos con el concepto de presión de vapor pone de relieve otro patrón importante: El aumento de la presión aumenta la solubilidad de un gas en líquido. Así como las altas presiones hacen más difícil que las moléculas líquidas de la superficie se escapen a la fase de vapor, las altas presiones inhiben el escape de los gases disueltos en el disolvente. La ley de Henry resume esta relación entre la presión y la solubilidad del gas:

La «constante» en la ley de Henry es la constante de Henry, y su valor depende del gas, el solvente y la temperatura. Una forma particularmente útil de la ley de Henry relaciona la solubilidad (S) y la presión (P) entre dos estados diferentes:

De acuerdo con esta relación, triplicar la presión triplica la solubilidad del gas.

Pruebe un ejemplo. La constante de Henry para el gas nitrógeno (N2) en el agua a 293 K es

La presión parcial de nitrógeno en el aire a nivel del mar es de 0,78 atm. ¿Cuál es la solubilidad del N2 en un vaso de agua a 20 grados centígrados sentado en una mesa de café dentro de una casa de playa?

Este problema requiere la aplicación directa de la ley de Henry. El vaso de agua está a 20 grados centígrados, lo que equivale a 293 K (basta con añadir 273 a cualquier temperatura Celsius para obtener el equivalente en Kelvin). Debido a que el vidrio se encuentra dentro de una casa de playa, se puede asumir que el vidrio está al nivel del mar. Así que puedes usar los valores proporcionados para la constante de Henry y la presión parcial de N2:

Por lo tanto, la solubilidad de N2 es

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