PROPIEDADES GENERALES DE LAS DISOLUCIONES ACUOSAS

Á Figura 4.1 Cuando CO2 se
disuelve en agua, la disolución
resultante es ligeramente ácida. Las
cavernas de piedra caliza se forman
por la acción disolvente de esta
disolución ácida sobre el CaCO3 de la
piedra caliza.
(a) (b) (c)


no hay
iones
pocos
iones
muchos
iones
Á Figura 4.2 Dispositivo para detectar iones en disolución. La capacidad de una
disolución para conducir la electricidad depende del número de iones que contiene.
(a) Una disolución de un no electrólito no contiene iones, y la bombilla no se enciende.
(b y c) Una disolución de un electrólito contiene iones que actúan como portadores de
carga y hacen que la bombilla se encienda. Si la disolución contiene pocos iones, la bombilla
tendrá un brillo tenue, como en (b). Si la disolución contiene gran cantidad de iones, la
bombilla brillará intensamente, como en (c).
4.1 Propiedades generales de las disoluciones
acuosas
Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. • (Sección 1.2)
La sustancia que está presente en mayor cantidad se llama disolvente. Las demás sustancias
de la disolución se denominan solutos; y decimos que están disueltas en el
disolvente. Por ejemplo, cuando disolvemos una pequeña cantidad de cloruro de sodio
(NaCl) en una gran cantidad de agua, decimos que el agua es el disolvente y el
cloruro de sodio es el soluto.
Propiedades electrolíticas
Imagine que prepara dos disoluciones acuosas, una disolviendo una cucharadita de
sal de mesa (cloruro de sodio) en un vaso de agua, y la otra disolviendo una cucharadita
de azúcar (sacarosa) en un vaso de agua. Ambas disoluciones son transparentes
e incoloras. ¿En qué difieren? Una diferencia, que tal vez no sea inmediatamente
obvia, está en su conductividad eléctrica: la disolución de sal es un buen conductor
de la electricidad, pero la disolución de azúcar no lo es.
El que una disolución conduzca o no la electricidad puede determinarse empleando
un dispositivo como el que se muestra en la figura 4.2 ¥. Para encender la
bombilla, debe fluir una corriente eléctrica entre los dos electrodos que están sumergidos
en la disolución. Aunque el agua en sí es mal conductor de la electricidad, la
presencia de iones hace que las disoluciones acuosas se conviertan en buenos conductores.
Los iones transportan carga eléctrica de un electrodo a otro, cerrando el circuito
eléctrico. Así, la conductividad de las disoluciones de NaCl se puede atribuir a la
presencia de iones en la disolución, y la falta de conductividad de las disoluciones
de sacarosa indica la ausencia de iones. Cuando el NaCl se disuelve en agua, la disolución
contiene iones Na y Cl , ambos rodeados por moléculas de agua. Cuando
la sacarosa (C12H22O11) se disuelve en agua, la disolución sólo contiene moléculas
neutras de sacarosa rodeadas por moléculas de agua.
Una sustancia (como el NaCl) cuyas disoluciones acuosas contienen iones, y por
tanto conducen la electricidad, se denomina electrólito. Una sustancia (como
Ejercicios con el CD-ROM
Electrólitos y no electrólitos
(Electrolytes and Nonelectrolytes)
Ejercicios con el CD-ROM
Cloruro de sodio, sacarosa
(Sodium Chloride, Sucrose)

(a) (b)
Á Figura 4.3 (a) Disolución de un compuesto iónico. Cuando un compuesto iónico se
disuelve en agua, las moléculas de H2O separan, rodean y dispersan los iones en el líquido.
(b) El metanol, CH3OH, un compuesto molecular, se disuelve sin formar iones. Podemos
hallar las moléculas de metanol buscando las esferas negras, que representan átomos de
carbono. Tanto en la parte (a) como en la (b), se han separado las moléculas de agua para
poder ver más claramente las partículas de soluto.
C12H22O11) que no forma iones en disolución se denomina no electrólito. La diferencia
entre NaCl y C12H22O11 se debe en gran medida al hecho de que NaCl es un
compuesto iónico, en tanto que C12H22O11 es molecular.
Compuestos iónicos en agua
Recuerde (Sección 2.7 y en especial la figura 2.23) que el NaCl sólido consiste en iones
Na y Cl en una disposición ordenada. Cuando el NaCl se disuelve en agua,
cada ion se separa de la estructura sólida y se dispersa por la disolución, como se
muestra en la figura 4.3(a) Á. Se dice que el sólido iónico se disocia en sus iones componentes
al disolverse.
El agua es muy buen disolvente de los compuestos iónicos. Aunque es una molécula
eléctricamente neutra, un extremo de la molécula (el átomo de O) es rico en
electrones y por tanto tiene una carga negativa parcial. El otro extremo (los átomos
de H) tiene una carga positiva parcial. Los iones positivos (cationes) son atraídos por
el extremo negativo del H2O, y los iones negativos (aniones) son atraídos por el extremo
positivo. Al disolverse un compuesto iónico, los iones quedan rodeados por
moléculas de H2O como se muestra en la figura 4.3(a). Este proceso ayuda a estabilizar
los iones en disolución y evita que los cationes y aniones se recombinen. Además,
dado que los iones y sus “conchas” de moléculas de agua están libres para
desplazarse, los iones se dispersan uniformemente en la disolución.
Casi siempre podemos predecir la naturaleza de los iones presentes en una disolución
de un compuesto iónico a partir del nombre químico de la sustancia. Por
ejemplo, el sulfato de sodio (Na2SO4) se disocia en iones sodio (Na ) y iones sulfato
(SO4
2 ). Es importante recordar las fórmulas y las cargas de los iones comunes
(Tablas 2.4 y 2.5) para entender las formas en que los compuestos iónicos existen en
disolución acuosa.
Compuestos moleculares en agua
Cuando un compuesto molecular se disuelve en agua, la disolución por lo regular
consiste en moléculas individuales dispersas en la disolución. Por ello, casi todos los
compuestos moleculares son no electrólitos. Por ejemplo, una disolución de metanol
(CH3OH) en agua consiste exclusivamente en moléculas de CH3OH dispersas en el
No obstante, hay unas cuantas sustancias moleculares cuyas disoluciones acuosas
contienen iones. Las más importantes de éstas son los ácidos. Por ejemplo, cuando
el HCl(g) se disuelve en agua para formar ácido clorhídrico, HCl(ac), se ioniza o
disgrega formando iones H (ac) y Cl (ac).
Electrólitos fuertes y débiles
Hay dos categorías de electrólitos, electrólitos fuertes y electrólitos débiles, que difieren
en el grado en que conducen la electricidad. Los electrólitos fuertes son aquellos
solutos que existen en disolución exclusivamente (o casi exclusivamente) como
iones. Prácticamente todos los compuestos iónicos solubles (como NaCl) y unos cuantos
compuestos moleculares (como HCl) son electrólitos fuertes. Los electrólitos débiles
son aquellos solutos que existen en disolución principalmente en forma de
moléculas, aunque hay una pequeña fracción que está en forma de iones. Por ejemplo,
en una disolución de ácido acético (HC2H3O2) la mayor parte del soluto está
presente como moléculas de HC2H3O2; sólo una pequeña fracción (cerca del 1%) del
HC2H3O2 está presente como iones H (ac) y C2H3O2
(ac).
Debemos tener cuidado de no confundir el grado en el que un electrólito se disuelve
con su calidad de fuerte o débil. Por ejemplo, el HC2H3O2 es extremadamente
soluble en agua pero es un electrólito débil. En contraste, el Ba(OH)2 no es muy
soluble, pero la cantidad de la sustancia que sí se disuelve se disocia casi totalmente,
así que el Ba(OH)2 es un electrólito fuerte.
Cuando un electrólito débil, como el ácido acético, se ioniza en disolución, escribimos
la reacción de la siguiente manera:
[4.2]
La doble flecha implica que la reacción es significativa en ambas direcciones. En cualquier
momento dado algunas moléculas de HC2H3O2 se están ionizando para formar
H y C2H3O2
. Al mismo tiempo iones H y C2H3O2
se están recombinando para
formar HC2H3O2. El equilibrio entre estos procesos opuestos determina las concentraciones
relativas de iones y moléculas neutras. Este balance produce un estado de
equilibrio químico que varía para los diferentes electrólitos débiles. Los equilibrios
químicos son extremadamente importantes, y dedicaremos los capítulos 15 a 17 a
examinarlos a fondo.
Los químicos emplean una flecha doble para representar la ionización de los
electrólitos débiles y una flecha sencilla para representar la ionización de los electrólitos
fuertes. Dado que el HCl es un electrólito fuerte, escribimos la ecuación para la
ionización del HCl como sigue:
[4.3]
La flecha sencilla indica que los iones H y Cl no muestran tendencia a recombinarse
en agua para formar moléculas de HCl.
En las secciones que siguen comenzaremos a examinar más de cerca la forma
en que podemos utilizar la composición de un compuesto para predecir si se trata de
un electrólito fuerte, un electrólito débil o un no electrólito. Por el momento, lo importante
es recordar que los compuestos iónicos solubles son electrólitos fuertes. Identificamos
los compuestos iónicos porque constan de metales y no metales [como NaCl,
FeSO4 y Al(NO3)3] o contienen el ion amonio, NH4
[como NH4Br y (NH4)2CO3].
EJERCICIO TIPO 4.1
El diagrama de la izquierda representa una disolución acuosa de uno de los compuestos
siguientes: MgCl2, KCl o K2SO4. ¿Cuál disolución es la que mejor representa?
Solución El diagrama muestra el doble de cationes que de aniones, lo cual es congruente con la
fórmula del K2SO4.
EJERCICIO DE APLICACIÓN
Si tuviera que dibujar diagramas (como el de la izquierda) para representar disoluciones acuosas
de cada uno de los compuestos iónicos siguientes, ¿cuántos aniones dibujaría si el diagrama
incluyera seis cationes? (a) NiSO4; (b) Ca(NO3)2; (c) Na3PO4; (d) Al2(SO4)3.
Respuestas: (a) 6; (b) 12; (c) 2; (d) 9
HCl(ac)¡ H+(ac) + Cl-(ac)
HC2H3O2(ac)Δ H+(ac) + C2H3O2
-(ac)
Ejercicios con el CD-ROM
Electrólitos fuertes y débiles
(Strong and Weak Electrolytes)
Ejercicios con el CD-ROM
HCl, ácido acético
(HCI, Acetic Acid)