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Por qué se forman las soluciones químicas

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Por qué se forman las soluciones químicas

 

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Para entender bien por qué ocurre el fenómeno de ósmosis, hay que comprender primero cómo se forman las soluciones a nivel molecular. Para ello, se dará a continuación una breve explicación de cómo se forman:

Una solución (solución química) es una mezcla homogénea en la que las moléculas de una sustancia se distribuyen a lo largo y lo ancho de un medio o sustancia que se encuentra en mayor concentración. Por ejemplo, sal disuelta en un vaso de agua, es decir, una mezcla de sal en agua, en la que las moléculas de sal (cloruro de sodio) se distribuyen de manera uniforme por toda el agua del vaso. La sustancia que tiene menor concentración -o sea que es minoría- en una solución, se conoce con el nombre de soluto. En el ejemplo mencionado, la sal es el soluto en la solución de agua con sal. La sustancia que tiene mayor concentración -o sea que es mayoría- en una solución, se conoce con el nombre de solvente (también se lo llama con el sinónimo disolvente y significa exactamente lo mismo). En el ejemplo mencionado, el agua es el solvente de la solución de agua con sal.

Se dice que las soluciones son mezclas homogéneas porque visualmente no se pueden distinguir las partes que la componen, y no se distiguen separaciones entre ellas, es decir, los solutos se dispersan de manera uniforme por todo el solvente. Por el contrario, en una mezcla heterogénea, las partes que la componen se pueden distinguir visualmente y se pueden formar regiones visualmente distinguibles de cada componente de la mezcla.

Por ejemplo, la sal disuelta en agua es una solución, es decir una mezcla homogénea (el prefijo homo indica igualdad), mientras que la arena en agua es una mezcla heterogénea (el prefijo hetero indica diferencia), ya que los granos de arena se distinguen visualmente, y de hecho se mantienen separados del agua, posándose en el fondo o parte de abajo del recipiente.

En las soluciones, las moléculas de soluto se distribuyen uniformemente en un solvente que se encuentra en mayor proporción. Por ejemplo: moléculas de sal en agua, moléculas de azúcar en agua, proteínas en agua. Comúnmente, se suele utilizar el término de solución para líquidos, pero las soluciones en gases y sólidos también son posibles. En el caso de este artículo, por un motivo de sencillez, está más enfocado en las soluciones de solutos sólidos (sal y azúcar) en solventes líquidos (agua), pero la forma en que funcionan las soluciones es la misma para todos los casos.

Cuando se disuelven los solutos en un solvente, los solutos se separan en partículas individuales (moléculas o iones). Las partículas de solutos son diferentes para los casos de compuestos iónicos y compuestos covalentes polares.

Cuando se disuelven, las moléculas de solutos iónicos se separan en iones (los iones son partículas constituidas por un átomo o molécula con carga eléctrica positiva o negativa). Los átomos que constituyen a un compuesto iónico tienen una gran diferencia de carga eléctrica entre sí.

Por otro lado, los solutos covalentes polares se separan en moléculas individuales cada una de las cuales tiene extremos tanto positivos como negativos (los compuestos covalentes polares son moléculas cuyos átomos constituyentes no tienen una gran diferencia de carga eléctrica entre sí y provocan que la molécula tenga tanto polos eléctricamente positivos como eléctricamente negativos). Por ejemplo, el agua es un excelente solvente porque las moléculas de agua (H2O) son muy polares, en las que el átomo de Oxígeno (O) es el polo negativo y los dos átomos de Hidrógeno (H2) son los polos positivos.

En el caso de solutos iónicos, al disolverse en agua, las moléculas del soluto se separan en sus iones constituyentes. Esto se debe a que por su gran diferencia de carga eléctrica los iones son atraídos por los polos opuestos de las moléculas de agua. Por ejemplo, la sal de mesa es un compuesto iónico (Cloruro de Sodio NaCl), que al disolverse en agua, sus átomos de Sodio (Na) y Cloro (Cl), es decir los iones, se separan y son rodeados por moléculas de agua.

En el caso de solutos covalentes polares, al no estar compuestas sus moléculas por átomos con gran diferencia de carga eléctrica entre sí, sus átomos no se separan, pero aún así como tienen cierta diferencia de carga eléctrica entre sí, atraen a los polos opuestos de las moléculas de agua que terminan rodeando a las moléculas del soluto. Por ejemplo, el azúcar común de mesa es un compuesto covalente polar, que al disolverse en agua, sus moléculas de glucosa (C6H12O6) no se separan en sus partes constitutivas (es decir los átomos de Carbono C, Hidrógeno H y Oxígeno O), pero como sus átomos generan cierta diferencia de carga eléctrica entre sí (polaridad), las moléculas presentan polos eléctricos y esto hace que queden rodeadas por las moléculas de agua.

La polaridad de los solventes es lo que permite disolver a solutos de compuestos iónicos (como la sal) y a solutos de compuestos covalentes polares (como el azúcar). Porque los polos positivos de las moléculas del solvente atraen eléctricamente a los iones negativos (en casos de solutos iónicos) o a los polos negativos de moléculas covalentes polares (en casos de solutos covalentes polares), mientras que los polos negativos de las moléculas del solvente atraen eléctricamente a los iones positivos (en casos de solutos iónicos) o a los polos positivos de moléculas covalentes polares (en casos de solutos covalentes polares).

Si un solvente no presenta estas polaridades eléctricas, no podrá disolver ni a compuestos iónicos ni a compuestos covalentes polares. Por ejemplo, el benceno (un hidrocarburo) está compuesto por moléculas no polares, es decir, moléculas que no presentan cargas eléctricas y por lo tanto no podrán atraer a moléculas polares de glucosa o a los átomos de Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) de gran carga eléctrica que componen a las moléculas iónicas de sal (NaCl). Por eso, la sal de mesa y el azúcar no son solubles en benceno. Los solutos iónicos y los solutos con polaridad eléctrica, solamente pueden disolverse en solventes con polaridad eléctrica. Como las moléculas de agua son eléctricamente polares, el agua es un excelente solvente para la sal, el azúcar, así como otros solutos iónicos y polares.

La sal de mesa (Cloruro de Sodio NaCl) está compuesta por iones de cargas eléctricas opuestas, o sea carga eléctrica positiva para el Sodio (Na) y carga eléctrica negativa para el Cloro (Cl). Como se muestra en la imagen de arriba, al disolverse la sal en agua, se separa en iones de Sodio de carga eléctrica positiva y iones de Cloro de carga eléctrica negativa. Los iones positivos de Sodio atraen al polo negativo de las moléculas de agua (el átomo de Oxígeno  O), mientras que los iones negativos de Cloro atraen a los polos positivos de las moléculas de agua (los átomos de Hidrógeno  H2). Entonces, al disolverse la sal en agua, se separa en iones de Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) que atraen a moléculas de agua que los rodean.
 
Asimismo, cuando se disuelve azúcar en agua, las moléculas de glucosa que la componen se dispersan por toda el agua y son rodeadas por las moléculas de agua. Las moléculas de glucosa son covalentes polares y al igual que las moléculas de agua (que también son covalentes polares) tienen polos positivos y polos negativos en cada molécula. Los polos positivos de las moléculas de glucosa atraen al polo negativo de las moléculas de agua, es decir a la parte compuesta por el átomo de Oxígeno (O), mientras que los polos negativos de las moléculas de glucosa atraen a los polos positivos de las moléculas de agua, es decir a la parte compuesta por los átomos de Hidrógeno (H2). De esta manera, al disolverse azúcar en agua, las moléculas de agua (H2O) van rodeando a las moléculas de glucosa (C6H12O6).
 
  
<< Para aprender más sobre el fenómeno de la ósmosis, ir al artículo de Qué es ósmosis y qué la genera
 
Fuentes de la información:

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