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Solubilidad

Solubilidad es una característica característica física referir a la capacidad para una sustancia dada, solute, para disolver en a solvente.[1] Se mide en términos de cantidad máxima de solute disuelto en un solvente en equilibrio. La solución que resulta se llama saturado solución. Ciertos líquidos son solubles en todas las proporciones con un solvente dado, por ejemplo etanol en agua. Se conoce esta característica como miscibilidad.[2] También, solubilidad del equilibrio puede ser excedido bajo varias condiciones para dar un supuesto sobresaturado solución, que es metastable.[3]

En una solución, el solvente es a menudo un líquido, que puede ser una sustancia o una a pura mezcla.[4] La especie que disuelve (el solute) puede ser un gas, otro líquido, o un sólido. Las solubilidades se extienden extensamente, de infinitamente soluble por ejemplo etanol en agua, a mal soluble, por ejemplo cloruro de plata en agua. El término insoluble se aplica a menudo a los compuestos mal solubles, aunque en sentido estricto allí son muy pocos casos donde no hay absolutamente material disuelto.

Contenido

Visión molecular

La solubilidad ocurre bajo equilibrio dinámico. Esto significa que la solubilidad se debe ver como resultado de dos simultáneos y de procesos de oposición: disolución y precipitación. El equilibrio de la solubilidad ocurre cuando los dos procesos proceden en la misma tarifa.

El equilibrio de la solubilidad es relativamente directo para covalente sustancias tales como etanol. Cuando el etanol disuelve en agua, las moléculas del etanol permanecen intacto pero forman nuevo enlaces del hidrógeno con el agua. Sin embargo, cuando iónico compuesto por ejemplo cloruro de sodio (NaCl) disuelve en el agua, el cloruro de sodio enrejado disocia en los iones separados que son solvated (envuelto) con una capa de moléculas de agua. No obstante, el NaCl se dice para disolver en agua, porque la evaporación del solvente vuelve el NaCl cristalino.

El término “que disuelve” se aplica a veces a un irreversible reacción química, como con hierro adentro ácido nítrico, pero en tal caso el concepto termodinámico de la solubilidad no se aplica.

Cuando disuelve, un solute puede formar varias especies en la solución. Por ejemplo, agua sobre los cristales del hidróxido ferroso, FE (OH)2, en el equilibrio, contendrá el FE2+, FE (OH)+, FE (OH)2, FE (OH)3- y posiblemente otros complejos. Por lo tanto, la solubilidad del hidróxido ferroso depende del pH. La solubilidad en la fase solvente se puede dar generalmente solamente para un solute específico que sea termodinámico establo, y el valor de la solubilidad incluirá toda la especie en la solución (en el ejemplo arriba, todos los complejos hierro-que contienen).

Factores que afectan solubilidad

La solubilidad se define para el específico fases. Por ejemplo, la solubilidad de aragonite y calcita en agua esperan ser diferente, aun cuando ambos son la misma sustancia química (carbonato de calcio).

La solubilidad de una sustancia que disuelve en otra es determinada por el equilibrio de fuerzas intermoleculares entre el solvente y el solute y entropía cambie que acompaña el solvation. Los factores tales como temperatura y presión alterarán este equilibrio, así cambiando la solubilidad.

La solubilidad puede también depender fuertemente de la presencia de la otra especie disuelta en el solvente, por ejemplo, complejo-formación aniones (ligands) en líquidos. La solubilidad también dependerá del exceso (o de la deficiencia) de un ion del campo común (efecto del común-ion) en la solución. En un grado inferior, la solubilidad dependerá de fuerza iónica de soluciones líquidas. Los dos efectos pasados se pueden cuantificar usando la ecuación para equilibrio de la solubilidad.

Hay también un número de factores menos comunes que pueden afectar solubilidad. La solubilidad puede depender del tamaño cristalino (o gotita) de la fase del solute (típicamente, la solubilidad aumentará con el tamaño cristalino que disminuye para los cristales mucho más pequeño de 1 μm). Para los cristales altamente defectuosos, la solubilidad puede aumentar con el grado de aumento de desorden. Los dos efectos pasados, aunque de la gran importancia práctica, no son efectos verdaderos de la solubilidad porque la solubilidad verdadera ocurre en el equilbrium, que requiere un monocristal perfecto. Para las sustancias que disuelven en electroquímico se espera que la reacción, solubilidad dependa del potencial de la fase del solute.

Temperatura

La solubilidad de un solute dado en un solvente dado depende típicamente de temperatura. Para el alrededor 95% de solutes sólidos, la solubilidad aumenta con temperatura,[5] en la gama de temperaturas de alrededor de ambiente a 100 °C. En agua líquida en las temperaturas altas, (e.g., el ese acercarse temperatura crítica), la solubilidad de solutes iónicos tiende para disminuir debido al cambio de características y a la estructura del agua líquida (más baja constante dieléctrica, menos de a solvente polar).

Gaseoso los solutes exhiben un comportamiento más complejo con temperatura. Mientras que se levanta la temperatura los gases llegan a ser generalmente menos solubles en agua, pero más solubles en solventes orgánicos.[5]

La carta demuestra las curvas de la solubilidad para algún inorgánico típico sales (todos los sólidos).[6] Muchas sales se comportan gusto nitrato del bario y el arseniato disodium del hidrógeno, y demuestra un aumento grande en solubilidad con temperatura. Algunos solutes (e.g. NaCl en la solubilidad del objeto expuesto del agua) que es bastante independiente de la temperatura. Algunos, tales como sulfato del cerio (III), llegado a ser menos soluble en agua como temperatura aumentan. Esto se refiere a veces como “retrograte” o solubilidad “inversa”. De vez en cuando, un patrón más complejo se observa, como con sulfato de sodio, donde el deca menos solublehidrato el cristal pierde el agua de la cristalización en el °C 32 para formar un más soluble anhidro fase.

Compuestos orgánicos haga casi siempre soluble como se levanta la temperatura, en la mayoría de los solventes. La técnica de recristalización, utilizado para la purificación de sólidos, dependen de este las diferencias en solubilidad en solvente caliente y frío. Hay algunas excepciones, tales como seguro cyclodextrins.[7]

Presión

Por fases condensadas (los sólidos y los líquidos), la dependencia de la presión de la solubilidad es típicamente débil y descuidada generalmente en la práctica. Si se asume que una solución ideal, la dependencia se puede cuantificar como:

donde Ni es la fracción del topo del componente del ith en la solución, P es la presión, el índice T refiere a la temperatura constante, Vi, aq es volumen molar parcial del componente del ith en la solución, Vi, cr es el volumen molar parcial del componente del ith en el sólido que disuelve, y R es constante de gas universal[8].

Ley del Henrio estados que la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a presión parcial de ese gas sobre el líquido, que se puede escribir como:

donde está una constante k temperatura-dependiente (por ejemplo, 769.2 L•atmósfera/mol para dioxygen (O2) en agua en 298 K), p es la presión parcial (atmósfera), y c es la concentración del gas disuelto en el líquido (mol/L).

Polaridad

Un popular aphorism se utiliza para predecir solubilidad “El gusto disuelve gusto"[9] Esto indica que un solute disolverá lo más mejor posible en un solvente que tenga un similar polaridad a sí mismo. Esto es una visión algo simplista, puesto que no hace caso de muchas interacciones del solvente-solute, pero es un regla-de-pulgar útil. Por ejemplo, un muy polar (hidrofílico) solute por ejemplo urea es altamente soluble en el agua altamente polar, menos soluble en bastante polar metanol, y prácticamente insoluble en solventes no polares por ejemplo benceno. En cambio, un no polar o lipofílico solute por ejemplo naftalina es insoluble en el agua, bastante soluble en metanol, y altamente soluble en benceno no polar.[10]

Las solubilidades líquidas también siguen generalmente esta regla. Los aceites de planta lipofílicos, tales como aceite de oliva y aceite de palma, disuelven en la gasolina no polar (gasolina), solamente los líquidos polares como el agua no se mezclará con gasolina.

Los químicos sintéticos utilizan a menudo las diversas solubilidades de compuestos para separar y para purificar compuestos de mezclas de reacción.

Índice de la disolución

Disolución no está siempre un proceso instantáneo. Es rápido cuando la sal y el azúcar disuelven en agua pero mucho más lento para una tableta de aspirina o un cristal grande de hidratado sulfato del cobre (II). La velocidad a la cual un sólido disuelve puede depender de sus características cristalinas (cristalinas contra amorfo, tamaño cristalino) y la presencia de polimorfismo. Esto es importante en muchos sistemas prácticos, por ejemplo en los métodos que diseñan para controlado entrega de la droga. Críticamente, la tarifa de la disolución depende de la presencia de los factores que se mezclan y otros que determinan el grado de undersaturation en la película solvente líquida inmediatamente adyacente al cristal sólido del solute. En algunos casos, los equilibrios de la solubilidad pueden tomar un de largo plazo para establecer (las horas, los días, los meses, o muchos años; dependiendo de la naturaleza del solute y de otros factores). En practique, significa que la cantidad de solute en una solución no es determinada siempre por su solubilidad termodinámica, pero puede depender de la cinética de la disolución (o de la precipitación).

El índice de la disolución y de la solubilidad no debe ser confuso--son diversos conceptos (cinético y termodinámico, respectivamente).

Cuantificación de la solubilidad

La solubilidad se expresa comúnmente como concentración, cualquier concentración total (g del solute por el kilogramo del solvente, g por 100 ml (el DL) de solvente), molarity, molality, fracción del topo u otras descripciones similares de la concentración. La cantidad máxima del equilibrio de solute que puede disolver por la cantidad de solvente es la solubilidad de ese solute en que solvente bajo condiciones especificadas. La ventaja de expresar solubilidad de este modo es su simplicidad, mientras que la desventaja es que puede depender fuertemente de la presencia de la otra especie en el solvente (por ejemplo, el efecto común del ion).

Constantes de la solubilidad se utilizan describir las soluciones saturadas de los compuestos iónicos de la solubilidad relativamente baja (véase equilibrio de la solubilidad). La constante de la solubilidad es un caso especial del constante de equilibrio. Describe el equilibrio entre los iones disueltos de la sal y la sal sin disolver. La constante de la solubilidad es también “aplicable” (es decir. útil) a precipitación, el revés de la reacción que disuelve. Como con otras constantes de equilibrio, temperatura puede afectar el valor numérico de la constante de la solubilidad. La constante de la solubilidad es más complicada que solubilidad. Sin embargo, el valor de esta constante es generalmente independiente de la presencia de la otra especie en el solvente.

Ley del Henrio se utiliza cuantificar la solubilidad de gases en líquidos en función del gas presión parcial. Es un caso especial de un equilibrio de la solubilidad.

Teoría de la solución de Flory-Huggins es un modelo teórico que describe la solubilidad de polímeros. Parámetros de la solubilidad de Hansen y Parámetros de la solubilidad de Hildebrand son los métodos empíricos para la predicción de la solubilidad. es también posible predecir solubilidad de otras constantes físicas tales como entalpia de la fusión.

coeficiente de la partición (Registro P) es una medida de solubilidad diferenciada de un compuesto en a hidrofóbico solvente (octanol) y a hidrofílico solvente (agua). El logaritmo de estos dos valores permite a compuestos ser alineado en términos de hydrophilicity (o hydrophobicity).

Usos

La solubilidad es de importancia fundamental en una gran cantidad de disciplinas científicas y de usos prácticos, los más obvios que están en la ingeniería química, ciencia material, geología, y ciencia ambiental.

La solubilidad se dice a menudo para ser una de las “características características de una sustancia”. Esto significa que la solubilidad es de uso general describir la sustancia, para verter la luz en la naturaleza de la sustancia, para ayudar a distinguirla de otras sustancias, y dirigir con un uso de la sustancia. Por ejemplo, añil se describe como “insoluble en agua, alcohol, o éter pero soluble en cloroformo, nitrobencina, o ácido sulfúrico concentrado”.

Por ejemplo, la solubilidad de una sustancia es útil al separar mezclas. Por ejemplo, una mezcla de la sal (cloruro de sodio) y silicona puede ser separado disolviendo la sal en agua, y filtrándose de la silicona sin disolver. La síntesis de los compuestos del producto químico, por el miligramo en un laboratorio, o por la tonelada en la industria, ambas hace uso las solubilidades relativas del producto deseado, tan bien como los materiales que comienzan, los subproductos, y los productos unreacted del lado para alcanzar la separación.

Otro ejemplo de esto sería la síntesis de ácido benzoico de bromuro del phenylmagnesium y hielo seco. El ácido benzoico es más soluble en un solvente orgánico por ejemplo dichloromethane o éter diethyl, y cuando está sacudarido con este solvente orgánico en embudo separatory, disolverá preferencial en la capa orgánica. Los otros productos de la reacción, es decir. el bromuro del magnesio permanecerá en la capa acuosa, demostrando claramente que la separación basada en solubilidad está alcanzada. (En una nota práctica, el ácido benzoico obtenido después de evaporar el solvente orgánico debe ser purificado idealmente recristalizando de la agua caliente.)

Solubilidad de compuestos iónicos en agua

Compuestos iónicos (sales) disuelva en agua debido a atracción entre las cargas positivas y negativas. Por ejemplo, los iones positivos de la sal (es decir. AG+) atraiga los oxygens parcial-negativos en H2O. Asimismo, los iones negativos de la sal (es decir. Cl-) atraiga los hydrogens parcial-positivos adentro en H2O. Nota: el oxígeno es parcial-negativo porque es más electronegative que el hidrógeno, y viceversa (véase:polaridad química).

AgCl(s) ↔ AG+(aq) + Cl-(aq)

Sin embargo, hay un límite a cuánto sal se puede disolver en un volumen dado de agua (1 litro, por ejemplo). Esta cantidad es dada por producto de la solubilidad (KSP). Este valor depende ambo el tipo de la sal (AgCl contra NaI, por ejemplo) y la temperatura del agua.

Para calcular cuánto puede disolver AgCl en 1 litro de agua, una cierta álgebra se requiere. Primero,

KSP = [AG+] × [Cl-] (definición del producto de la solubilidad)
KSP = 1.8 × 10-10

Después, realice eso [AG+] = [Cl-] puesto que hay siempre un AG+ ion para cada Cl- ion. Usar este hecho,

[AG+]2 = 1.8 × 10-10
[AG+] = × 1.34 10-5

El resultado: 1 litro de agua puede disolver el × 1.34 10-5 topos de AgCl(s) en la temperatura ambiente. Comparado con otros tipos de sales, AgCl no es muy soluble en agua. En cambio, la sal de la tabla de la casa (NaCl) tiene una K más altaSP y es, por lo tanto, más soluble.


Artículo principal: Carta de la solubilidad
Soluble Insoluble
Grupo I y NH4+ compuestos carbonatos (excepto Grupo I, NH4+ y uranyl compuestos)
nitratos sulfitos (excepto Grupo I y NH4+ compuestos)
acetatos (ethanoates) fosfatos (excepto Grupo I y NH4+ compuestos)
cloruros, bromuros y yoduros (excepto AG+, Pb2+, Cu+ y Hectogramo22+) hidróxidos y óxidos (excepto Grupo I, NH4+, Ba2+, Sr2+ y Tl+)
sulfatos (excepto AG+, Pb2+, Ba2+, Sr2+ y CA2+) sulfuros (excepto Grupo I, Grupo II y NH4+ compuestos)

Solubilidad de compuestos orgánicos

El principio contorneado arriba debajo polaridad, eso el gusto disuelve gusto, es la guía generalmente a la solubilidad con los sistemas orgánicos. Por ejemplo, jalea del petróleo disolverá adentro gasolina; que es lipofílico. Esto es porque la jalea del petróleo consiste en cadenas largas del carbón, al igual que la gasolina. , Por otra parte, no disolverá en alcohol o agua, puesto que la polaridad de estos solventes es demasiado alta. El azúcar no disolverá en gasolina, puesto que el azúcar es demasiado polar en comparación con la gasolina. Una mezcla de la gasolina y del azúcar se puede por lo tanto separar cerca filtración, o extracción con agua.

Solubilidad sólida

Este término es de uso frecuente en el campo de metalurgia para referir al grado que aleación el elemento disolverá en metal bajo sin la formación de una fase separada. La línea de la solubilidad (o la curva) es la línea (o líneas) en a diagrama de fase cuáles dan los límites de la adición del solute. Es decir, las líneas demuestran la cantidad máxima de un componente que pueda ser agregado a otro componente y todavía estar adentro solución sólida. En la fabricación microelectrónica, la solubilidad sólida refiere a la concentración máxima de las impurezas una puede colocar en el substrato.

Disolución incongruente

Muchas sustancias disuelven congruently, es decir, la composición del sólido y el solute disuelto emparejan stoichiometrically. Sin embargo, algunas sustancias pueden disolver incongruently, por el que la composición del solute en la solución no empareje el del sólido. Esto es acompañada por la alteración del “sólido primario” y posiblemente de la formación de una fase sólida secundaria. Sin embargo, generalmente, un poco de sólido primario también permanece y un equilibrio complejo de la solubilidad establece. Por ejemplo, disolución de albita puede dar lugar a la formación de gibbsite.[11]

NaAlSi3O8(s) + H+ + 7H2O = Na+ + Al (OH)3(s) + 3H4SiO4.

En este caso, se espera que la solubilidad de la albita dependa del cociente del sólido-a-solvente. Esta clase de solubilidad es de gran importancia en la geología, del donde da lugar a la formación rocas metamórficas.

Vea también

Mire para arriba soluble, solubilidad en Wiktionary, el diccionario libre.

Acoplamientos externos

Referencias

  1. ^ Química física de Atkins, 7mo Ed. por Julio De Paula, P.W. Atkins ISBN 0198792859
  2. ^ Clugston M. y Fleming R. (2000), p.108
  3. ^ [1]: del diccionario médico en línea, Universidad de Newcastle sobre Tyne.
  4. ^ Yuen, C. (2003), Elemento, compuesto y mezcla
  5. ^ a b Juan W. Colina, Ralph H. Petrucci, Química general, 2da edición, Prentice Pasillo, 1999.
  6. ^ Datos tomados de Manual de la química y de la física, 27ma edición, Co. que publica de goma químico, Cleveland, Ohio, 1943.
  7. ^ Salvatore Filippone, Heimanna franco y André Rassat (2002). “Un b-cyclodextrin-fullerene altamente soluble en agua 2+1 conyugal”. Quím. Commun. 2002: 1508 - 1509. doi:10.1039/b202410a. 
  8. ^ E.M.Gutman, “Mechanochemistry de superficies sólidas”, mundo Co. que publica científico, 1994.
  9. ^ Kenneth J. Williamson, Experimentos orgánicos de la macroescala y de la microescala, p40, 2da edición, D. C, brezo, Lexington, masa., 1994.
  10. ^ Datos tomados de Índice de Merck, 7ma edición, Merck y Co., 1960.
  11. ^ O.M.Saether y P. de Caritat (ed.) “procesos, desgaste por la acción atmosférica y agua subterránea geoquímicos recarga en catchments”, Taylor y Francis, Rotterdam, 1997, página 6.
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