Disolución

Una disolución, o solución, es una mezcla de dos o más sustancias, homogénea a escala molecular, es decir, que su composición es la misma en cualquier punto del volumen que ocupa. El componente de la disolución que se encuentra en mayor proporción se denomina disolvente y corresponde a la fase dispersante de la mezcla, mientras que el soluto es la sustancia disuelta, que corresponde a la fase dispersada. Las disoluciones pueden darse en los tres estados comunes de agregación de la materia, si bien las más habituales son aquéllas en las que el disolvente es líquido y el soluto líquido o sólido.

Solubilidad y saturación

A la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en un determinado volumen de disolvente se la denomina solubilidad. En este contexto conviene precisar que la capacidad de una sustancia para disolver otra depende de su naturaleza química, con frecuencia de la temperatura y, en menor medida, de la presión. Así, por ejemplo, el agua disuelve rápidamente el alcohol metílico mientras que no disuelve el mercurio; a temperatura ambiente apenas disuelve el benceno, que no obstante sí se hace hidrosoluble cuando se aumenta la temperatura; y la solubilidad en agua de los gases presentes en el aire, mayoritariamente, oxígeno y nitrógeno, es muy baja a la presión atmosférica, mientras que aumenta considerablemente en razón directa de la presión.

Las relaciones cuantitativas entre disolvente y soluto determinan tres tipos de disolución diferentes correlacionados con la solubilidad de este último. Si la cantidad del soluto es escasa se dice que la solución está diluida, o no saturada; cuando se va aumentando la cantidad de soluto se llega a disoluciones progresivamente más concentradas hasta que llega un momento en el cual no se disuelve más soluto. Es entonces cuando se alcanza el estado de saturación. Por último, cuando hay más soluto que el que se admite en condiciones de equilibrio se genera una solución sobresaturada, forma inestable en la que el exceso de soluto se deposita como sedimento.

Calor de disolución y solvatación

La solubilidad de las especies químicas sólidas en líquidos varía con la temperatura y está vinculada al denominado calor de disolución, que es el que se desprende o se absorbe cuando esa especie se disuelve.

En la disolución de un sólido tienen lugar dos procesos paralelos: la ruptura de la red cristalina y la solvatación. La primera es un proceso endotérmico, es decir, que requiere aporte de energía en forma de calor. Por su parte, la solvatación es la interacción entre las moléculas del disolvente y las del soluto para formar agregados y, cuando el disolvente es agua, se denomina hidratación. Este fenómeno, a diferencia del primero, es exotérmico, por lo que en él se libera calor.

En consecuencia, el rendimiento térmico de la disolución corresponde a la suma de los cambios energéticos que se producen en ella. Si resulta predominante el factor exotérmico la disolución se calentará, en tanto que si prevalece el endotérmico se enfriará. Este calor de disolución, positivo o negativo, multiplicado por el peso molecular del soluto es el calor molar de disolución de la mezcla.

Por cuanto respecta a la solvatación, o más precisamente a la hidratación, ya que en la naturaleza las disoluciones acuosas son ciertamente las más frecuentes, cabe precisar que, cuando un cristal de un compuesto iónico se introduce en medio acuoso, la naturaleza polar de las moléculas de agua actúa como factor de atracción de los iones, por lo que se produce la hidratación.

Este fenómeno tiene notable repercusión en mineralogía, dado que numerosas rocas y minerales presentan formas hidratadas. Para formular y denominar este tipo de compuestos se consigna su fórmula habitual separada por un punto del número de moléculas que forman parte de ellos, nombrándolos con el prefijo griego referido al número de moléculas del disolvente que se incorporan al compuesto. Así, CaSO4 · 2H2O se llama sulfato cálcico dihidratado, fórmula química del mineral yeso. Independientemente de su interés mineralógico específico, los minerales hidratados se han empleado, por ejemplo, en el seguimiento de los datos emitidos por las sondas espaciales enviadas a Marte, para seguir la detección de posibles restos de agua en el planeta rojo.

Disolución de gases

La disolución de solutos gaseosos en disolventes líquidos presenta ciertas particularidades. Los gases son parcialmente miscibles en líquidos pero su solubilidad es en general baja y se ve condicionada por la naturaleza química del gas, la temperatura y la presión.

Este tipo de procesos fue regulado por el británico William Henry, quien, a principios del siglo XIX, estableció que la solubilidad de un gas, en soluciones no saturadas y asumiendo valores de temperatura constantes, es proporcional a la presión parcial de dicho gas. La formulación de la ley de Henry, que es como se conoce a este postulado, tiene gran importancia para el estudio de los fenómenos biológicos marinos, puesto que permite analizar la concentración de oxígeno en el agua de mar a diferentes presiones –a distintas profundidades–. La ley es también esencial para la fijación de los tiempos de descompresión que los buceadores deben respetar al ascender escalonadamente hacia la superficie, para que el nitrógeno concentrado en su sangre se libere y no se produzca la intoxicación conocida como narcosis nitrogenada.