Solubilidad
La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una temperatura y presión específicas.
Definition
La solubilidad es cuánto de una sustancia se puede disolver en un líquido: algunas cosas se disuelven mucho, otras solo un poco, y otras nada en absoluto. Se define como la masa máxima de soluto que se disolverá en una cantidad fija de disolvente (a menudo $100\text{ g}$ de agua) a una temperatura dada, y una curva de solubilidad grafica este límite contra la temperatura; la solubilidad de la mayoría de los sólidos aumenta con la temperatura, mientras que la solubilidad de los gases disminuye con la temperatura y aumenta con la presión. En equilibrio, la solubilidad es la concentración de una disolución saturada, gobernada por el cambio de energía libre de la disolución, $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$. Para las sales iónicas poco solubles se expresa mediante la constante del producto de solubilidad $K_{sp}$, para los gases la ley de Henry establece que la solubilidad es proporcional a la presión parcial sobre el líquido, y la dependencia de la temperatura sigue el signo de la entalpía de disolución, así que la disolución endotérmica se vuelve más favorable al subir la temperatura.
Example
Puedes revolver mucha azúcar en agua antes de que deje de disolverse, pero solo un poco de sal se disolverá en la misma agua, y la arena no se disuelve en absoluto. A $20^\circ\text{C}$ aproximadamente $36\text{ g}$ de cloruro de sodio se disuelven en $100\text{ g}$ de agua y aproximadamente $204\text{ g}$ de azúcar se disuelven en la misma cantidad, mientras que el nitrato de potasio salta de aproximadamente $32\text{ g}$ a $20^\circ\text{C}$ a aproximadamente $246\text{ g}$ a $100^\circ\text{C}$. El cloruro de plata tiene $K_{sp} = 1.8 \times 10^{-10}$ a $25^\circ\text{C}$, y como $K_{sp} = [Ag^+][Cl^-] = s^2$, la solubilidad molar es $s = \sqrt{1.8 \times 10^{-10}} \approx 1.3 \times 10^{-5}\text{ M}$, o aproximadamente $1.9\text{ mg}$ por litro.
Key Insight
El agua tibia generalmente disuelve más sólido que el agua fría, razón por la cual el azúcar se disuelve más rápido y por completo en té caliente que en té helado. Los gases se comportan al revés: una soda tibia pierde el gas más rápido porque el dióxido de carbono es menos soluble en agua tibia, y un lago que se calienta en verano retiene menos oxígeno disuelto para los peces. El efecto del ion común baja la solubilidad, así que añadir $NaCl$ a una disolución saturada de $AgCl$ obliga a que precipite más cloruro de plata, y los cálculos renales, el ablandamiento del agua y las incrustaciones en calderas son todos equilibrios de solubilidad en acción.