Cómo preparar una disolución saturada

Cuando un soluto se disuelve en sus átomos individuales, sean moléculas o iones, se producen interacciones con el solvente, convirtiéndose en solvatados, y son capaces de difundirse de forma independiente por toda la solución. Sin embargo, este no es un proceso que se dé en una única solución.

Si la molécula o ion choca con la superficie de una partícula del soluto no disuelto, puede adherirse a la partícula, comenzando el proceso denominado cristalización. Tanto la cristalización como la disolución continúan mientras haya exceso de sólido presente, resultando en un equilibrio dinámico análogo al que mantiene la presión de vapor de un líquido.

Los procesos de solución y cristalización se pueden representar de la siguiente manera:

Aunque los términos cristalización y precipitación se usan para describir la separación del soluto sólido de una disolución, la cristalización hace referencia a la formación de un sólido con una estructura cristalina bien definida, mientras que la precipitación hace referencia a la formación de cualquier sólido en fase sólida, a menudo con diferentes partículas sin estructura definida.

¿Cómo se prepara una solución saturada?

Por solución saturada se entiende a una solución que contiene la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en el solvente indicado. Es decir, en la solución hay un punto en el que no admite más soluto para disolver, y después de este punto tiene lugar la precipitación del sólido, o bien la liberación del gas dependiendo del estado en el que se esté dando la disolución.

Una disolución saturada se prepara añadiendo de manera continua soluto hasta que se alcanza el momento donde el soluto aparece como sólido precipitado o como cristales, formando una disolución saturada.

Como formación de una solución saturada más simplificada, se puede tomar como ejemplo la adición de azúcar a agua, en donde se llevan a cabo los siguientes pasos:

1. Se añade azúcar a un vaso de agua.
2. Inicialmente, con un par de cucharadas el azúcar se disuelve sin problemas en el agua aplicando un poco de agitación mecánica.
3. Cuanta más azúcar se añade, más esfuerzo cuesta hacer que se disuelva, incluso con agitación enérgica.
4. Llega un momento en el que el azúcar no se disuelve, y permanece sólida en la parte baja del vaso: es cuando comienza la disolución a estar saturada.

Grados de saturación

Existen tres grados de saturación de una disolución:

• Solución saturada: una solución saturada es aquella en la que la reacción química respecto a una sustancia dada se encuentra en equilibrio, como por ejemplo el agua carbonatada
• Solución insaturada: aquella solución que no está en equilibrio respecto a una sustancia disuelta. Se puede añadir más soluto, que se irá disonviendo sin problemas.
• Solución supersaturada o sobre saturada: es una solución que contiene más sustancia disuelta de la que podría en condiciones normales, como ocurre aplicando calor en el caso de líquidos y sólidos.

Factores que afectan al punto de saturación

La cantidad máxima de soluto que puede disolverse en un disolvente a una presión y temperatura específica es su solubilidad. La solubilidad se puede expresar como:

• La masa de soluto por volumen de disolvente (g/L).
• La masa de soluto por masa de disolvente (g/g).
• Los moles de soluto por volumen de disolvente (mol/L).

Incluso cuando las sustancias son muy solubles hay un límite de cuánto puede disolverse un soluto en una cantidad de disolvente. En general, la solubilidad de una sustancia no depende únicamente de factores energéticos, sino también de la temperatura, e incluso de la presión en el caso de los gases.

Por ejemplo, en 100 gramos de agua a 20 ºC se pueden disolver:

• 177 g de NaI
• 91,2 g de NaBr
• 35,9 g de NaCl
• 4,1 g de NaF

Sin embargo, a 70 ºC la solubilidad aumenta, así en 100 g de agua, se pueden disolver:

• 295 g de NaI
• 119 g de NaBr
• 37,5 g de NaCl
• 4,8 g de NaF

Cuando una disolución contiene la cantidad máxima posible de soluto, se dice que está saturada. Si la sdiolución contiene menos de la cantidad máxima posible de soluto no está saturada. Cuando en una solución está saturada y hay un exceso de soluto presente, la tasa de disolución es exactamente igual a la tasa de cristalización o precipìtación.

Así pues, usando el valor anteriormente indicado para el NaCl, es decir 35,9 g de NaCl en 100 mL a 20 ºC, una solución acuosa de esta sal estará saturada agregando más de esos 35,9 g a los 100 mL, y si se agita hasta que se vaya disolviendo la mayor cantidad posible, obtendremos una solución saturada homogénea, tras eliminar el soluto no disuelto por filtración.

Ya que la solubilidad en la mayoría de los sólidos aumenta con la elevación de la temperatura, una disolución saturada que se prepare a elevadas temperaturas contendrá más soluto disuelto que el que contendría a bajas temperaturas. Cuando esa disolución se enfría se puede convertir en una disolución sobresaturada. Del mismo modo que sucede con un líquido sobreenfriado o sobrecalentado, ya que una solución sobresaturada no es estable.

Se puede concluir lo siguiente:

• Al elevar la temperatura, la solubilidad de las reacciones con elementos sólidos y líquidos aumenta; para soluciones gaseosas sucedería lo contrario, es decir, disminuiría la solubilidad con el aumento de temperatura.
• La tasa de cristalización para precipitados sólidos depende de la cantidad de soluto en la superficie del cristal.
• La disolución del soluto se ve favorecida también con la agitación mecánica.
• La respuesta del equilibrio que se forma sigue el Principio de Le Chatelier, que depende de los cambios en las condiciones de temperatura, presión y concentración a los que se somete.

Ejemplos comunes de disoluciones saturadas

1. Las bebidas carbonatadas son un ejemplo de disoluciones saturadas más empleadas. En este tipo de bebidas, el agua es un disolvente y el carbono se incluye como soluto hasta que se alcanza el punto de saturación.
2. Muchas de las recetas que se hacen en la cocina implican la disolución de sal, azúcar y otros ingredientes domésticos en el agua. Este procedimiento depende de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura del agua, aumenta la solubilidad del soluto. Después de alcanzar el punto de saturación, el soluto forma una capa visible sobre el disolvente.
3. El suelo que existe en la superficie de la tierra también se puede considerar como una mezcla saturada de nitrógeno. Una vez alcanzado el punto de saturación, el exceso de nitrógeno saleal aire en forma de gas.

Referencias

13.2: Saturated Solutions and Solubility – Chemistry LibreTexts. (2022). Retrieved 10 April 2022, from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_Chemistry_-_The_Central_Science_(Brown_et_al.)/13%3A_Properties_of_Solutions/13.02%3A_Saturated_Solutions_and_Solubility

¿Qué es una solución saturada? (con ejemplos). (2019). Retrieved 10 April 2022, from https://www.lifeder.com/solucion-saturada/

What is a Saturated Solution – Preparation, Types & Examples. (2022). Retrieved 10 April 2022, from https://byjus.com/chemistry/saturated-solution/