Solubilitat
La solubilitat és la capacitat d'una determinada substància (solut) de dissoldre's en una altra (solvent).[1] No és necessari que siguin líquides, poden estar en qualsevol dels estats de la matèria. Se sol mesurar en mols per litre (mol/l), en grams per litre (g/L), o en percentatge de solut/solvent. També és possible estendre el concepte a solubilitat en sòlids com ara el vidre o els metalls. La insolubilitat, pel contrari serà la impossibilitat de dissoldre una substància en una altra.
En la solubilitat, el caràcter polar o apolar de la substància influeix molt, ja que, a causa d'això la substància serà més o menys soluble. Per exemple: els compostos amb més d'un grup funcional presenten una gran polaritat, per la qual cosa no són solubles en èter etílic; perquè sigui soluble en èter etílic ha de tenir poca polaritat, és a dir el compost no ha de tenir més d'un grup polar. Els compostos amb menor solubilitat són els que presenten menor reactivitat com ara les parafines, els compostos aromàtics i els derivats halogenats.
El terme "solubilitat" s'utilitza tant per designar el fenomen qualitatiu del procés de dissolució com per a expressar quantitativament la concentració de les solucions. La solubilitat d'una substància depèn de la naturalesa del dissolvent i del solut, així com de la temperatura i la pressió del sistema, és a dir, de la tendència del sistema a assolir el valor màxim d'entropia. Al procés d'interacció entre les molècules del dissolvent i les partícules del solut per formar agregats se l'anomena solvatació i si el solvent és aigua, hidratació.
Definició de la IUPAC
modificaSegons la definició de la Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC), la solubilitat és la composició analítica d'una solució saturada expressada com a proporció d'un solut designat en un dissolvent designat. La solubilitat es pot afirmar en diverses unitats de concentració, com ara concentració molar, concentració molal, fracció molar, massa de solut entre volum de dissolvent i altres unitats.[2]
Qualificadors sobre la solubilitat
modificaL'extensió de la solubilitat oscil·la àmpliament, des de infinitament soluble és a dir, soluble sense límit o completament miscible,[3] com podria ser l'etanol en aigua, fins a poc soluble, com el clorur de plata en aigua. El terme insoluble s’aplica sovint a compostos poc solubles o molt poc solubles. També s’utilitzen una sèrie d’altres termes descriptius per qualificar l’abast de la solubilitat per a una aplicació determinada. Per exemple, la Farmacopea dels Estats Units d'Amèrica dona els termes següents:[4]
| Terme (Català) | Terme Original | Parts de massa de dissolvent necessàries per dissoldre una part de massa de solut |
|---|---|---|
| Molt soluble | Very Soluble | Menys d'1 |
| Lliurement soluble | Freely soluble | Entre 1 i 10 |
| Soluble | Soluble | Entre 10 i 30 |
| Escassament soluble | Sparingly soluble | Entre 30 i 100 |
| Lleugerament soluble | Slightly soluble | Entre 100 i 1000 |
| Molt lleugerament soluble | Very slightly soluble | Entre 1 000 i 10 000 |
| Pràcticament insoluble o insoluble | Practically insoluble or insoluble | Més de 10 000 |
Els llindars per descriure alguna cosa com a insoluble o amb termes similars poden dependre segons l'aplicació. Podent-se descriure com a "insolubles" substàncies en que la seva solubilitat és inferior a 0,1 g per cada 100 ml de dissolvent.[5]
Punt de vista molecular
modificaLa solubilitat es produeix en un equilibri dinàmic, el que significa que la solubilitat resulta dels processos simultanis i oposats de dissolució i unió de fases (per exemple, la precipitació de sòlids). L'equilibri de solubilitat es produeix quan els dos processos es donen a una velocitat constant.
El terme solubilitat també s’utilitza en alguns camps on el solut s’altera per solvolisi. Per exemple, es diu que molts metalls i els seus òxids són "solubles en àcid clorhídric", tot i que, de fet, l'àcid clorhídric en dissolució aquosa degrada irreversiblement el sòlid per donar productes solubles. Tot i que també és cert que la majoria dels sòlids iònics es modifiquen químicament quan es dissolen mitjançant dissolvents polars, aquests processos són reversibles. En aquells casos en què el solut no es recupera després de l'evaporació del dissolvent, el procés es coneix com a solvòlisi. El concepte termodinàmic de solubilitat no s’aplica directament a la solvolisis.
Factors que intervenen en la solubilitat
modifica- Temperatura En general es pot dir que a major temperatura major solubilitat. Però aquesta regla no sempre es compleix com per exemple la solubilitat dels gasos sol disminuir en augmentar la temperatura.
- Pressió és un factor poc important perquè quasi no afecta en les solubilitats de sòlids i líquids. Aquesta relació és de proporcionalitat directa, és a dir quan es destapa una gasosa la pressió disminueix, en general el gas carbònic dissolt en ella escapa en forma de petites bombolles.
- Estat de subdivisió: aquest factor té gran importància en les dissolucions de substàncies sòlides en el solvent líquids, llavors quan més finament s'han dividit es troba el sòlid major superfície de contacte existirà entre les molècules de solut i solvent. Amb això augmentarà l'eficiència de solvatació és per això que en habitualment la trituració dels soluts facilita bastant la dissolució.
Solubilitat en aigua
modificaLa solubilitat en aigua d'una substància mesura la massa d'aquesta substància que es pot dissoldre en 100g d'aigua. Per exemple: El sucre és molt soluble en aigua mentre que l'oli és insoluble i immiscible.
Com es quantifica la solubilitat?
modificaUna forma molt comú de trobar els valors que descriuen quantitativament la solubilitat d'un solut és trobar el màxim nombre de grams de solut que es poden dissoldre en una quantitat donada de solvent, tenint això en compte podem expressar la solubilitat en mols per litre (a això se'l coneix com a solubilitat molar) només si se sap la massa molar de la substància. En el cas particular de les sals iòniques que són només lleugerament solubles, se sol quantificar la seva solubilitat mitjançant l'estudi del següent equilibri:[6]
quan en un equilibri participa alguna substància sòlida, la concentració no apareix en l'expressió de la constant d'equilibri, ja que roman constant. Això passa amb la concentració de MX, per la qual cosa l'expressió queda :
![{\displaystyle {\ce {K[MX] = Kps = [M+][X-]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bc065b05443146254ed675574023163d0a5efe00)
El producte de solubilitat d'un compost iònic és el producte de les concentracions molars dels ions constituents, cadascun elevat a la potència del coeficient estequiomètric en l'equació d'equilibri.
Referències
modifica- ↑ «solubilitat». GEC. [Consulta: 24 febrer 2021].
- ↑ Chemistry (IUPAC), The International Union of Pure and Applied. «IUPAC - solubility (S05740)». DOI: 10.1351/goldbook.s05740. [Consulta: 28 maig 2021].
- ↑ Fulton, Torbjörn «Fleming, Hans». Advanced Chemistry. Oxford University Press, 2003.
- ↑ «United States Pharmacopeia-National Formulary». . Qeios, 02-02-2020.
- ↑ «Fundamentals of Chemistry: Solubility» (en anglès). Departament de Química, Universitat de Wisconsin. Arxivat de l'original el 2015-04-13. [Consulta: 28 maig 2021].
- ↑ Chang, R., Química, McGraw Hill Interamericana, México, 1992. «Equilibrios de Solubilidad». Arxivat de l'original el 2019-11-26. [Consulta: 7 novembre 2022].