Solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada. Su concentración puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o también en porcentaje de soluto (m(g)/100 mL). El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C). En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones sobresaturadas.

¿Qué es solubilidad?

No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.

Entonces para que un compuesto sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener más de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad, como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.

El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.

Factores que afectan la solubilidad

Temperatura

La solubilidad de un soluto en un determinado disolvente principalmente depende de la temperatura. Para muchos sólidos disueltos en el agua líquida, la solubilidad aumenta con la temperatura hasta 100 °C, aunque existen casos que presentan un comportamiento inverso. En el agua líquida a altas temperaturas la solubilidad de los solutos iónicos tiende a disminuir debido al cambio de las propiedades y la estructura del agua líquida, el reducir los resultados de la constante dieléctrica de un disolvente menos polar.

Los solutos gaseosos muestran un comportamiento más complejo con la temperatura. Al elevarse la temperatura, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua (el mínimo que está por debajo de 120 ° C para la mayoría de gases), pero más solubles en disolventes orgánicos.

La solubilidad de los compuestos orgánicos casi siempre aumenta con la temperatura. La técnica de la recristalización, utilizado para la purificación de sólidos, depende de un soluto de diferentes solubilidades en un disolvente caliente y fría. Existen algunas excepciones, tales como determinadas ciclodextrinas.

¿Cuáles son los tipos de soluciones?

Según la conductividad eléctrica que posean las soluciones, se las clasifica en:

No electrolíticas

Estas soluciones, como su nombre indica, tienen una capacidad casi inexistente de transportar electricidad. Se caracterizan por poseer una disgregación del soluto hasta el estado molecular y por la no conformación de iones. Algunos ejemplos de estas soluciones son: el alcohol y el azúcar.

Electrolíticas

estas soluciones, en cambio, sí pueden transportar electricidad de manera mucho más perceptible. A esta clase de soluciones también se las conoce bajo el nombre de iónicas, y algunos ejemplos son las sales, bases y ácidos.

Dependiendo de la cantidad de soluto que haya, existen distintas soluciones:

Soluciones saturadas

en las soluciones en que existe la mayor cantidad de soluto capaz de mantenerse disuelto, a una temperatura estable, en un solvente, se las conoce bajo el nombre de soluciones saturadas. En caso de que se agregue mayor cantidad de soluto, la mezcla superaría su capacidad de disolución.

Soluciones insaturadas

estas soluciones, también conocidas bajo el nombre de diluidas, son aquellas en las que la masa de solución saturada es, en relación a la del soluto disuelta, mayor para la misma masa de solvente y a igual temperatura.

Soluciones concentradas

En estas soluciones, el porcentaje de soluto es cercano al establecido por la solubilidad a la misma temperatura.

Soluciones sobresaturadas

En dichas soluciones existe una cantidad menor de solución saturada que de soluto a una determinada temperatura.

Propiedades físicas de las disoluciones 

Cuando se añade un soluto a un disolvente, se alteran algunas propiedades físicas del disolvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Así, para evitar la congelación del agua utilizada en la refrigeración de los motores de los automóviles, se le añade un anticongelante (soluto), como el 1,2-etanodiol (HOCH2CH2OH). Por otra parte, al añadir un soluto se rebaja la presión de vapor del disolvente.
Otra propiedad destacable de una disolución es su capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos disoluciones de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana que permite el paso de las moléculas del disolvente, pero impide el paso de las del soluto), las moléculas del disolvente pasarán de la disolución menos concentrada a la disolución de mayor concentración, haciendo a esta última más diluida (véase Ósmosis).

Concentración de una disolución 

Existen distintas formas de expresar la concentración de una disolución, pero las dos más utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M). Los gramos por litro indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un determinado volumen de disolución, expresado en litros. Así, una disolución de cloruro de sodio con una concentración de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un litro de disolución.
La molaridad se define como la cantidad de sustancia de soluto, expresada en moles, contenida en un cierto volumen de disolución, expresado en litros, es decir: M = n/V. El número de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto. Por ejemplo, para conocer la molaridad de una disolución que se ha preparado disolviendo 70 g de cloruro de sodio (NaCl) hasta obtener 2 litros de disolución, hay que calcular el número de moles de NaCl; como la masa molar del cloruro de sodio es la suma de las masas atómicas de sus elementos, es decir, 23 + 35,5 = 58,5 g/mol, el número de moles será 70/58,5 = 1,2 y, por tanto, M = 1,2/2= 0,6 M (0,6 molar).

Ejemplos de solubilidad

• Sal (cloruro de sodio) en agua. La sal común se disuelve ordinariamente en el agua, de acuerdo a una tasa de 360 g/l, siempre y cuando ésta se encuentre a 20 °C. Lo cual indica que en un litro de agua a dicha temperatura puede disolverse 360 gramos de sal. Si incrementamos la temperatura del agua, dicha cantidad de sal aumentará.
• Bebidas gaseosas. Las gaseosas enlatadas o embotelladas tienen una cantidad de dióxido carbónico (CO2) disuelto en su interior, que les confiere su característico burbujeo. Esto se produce sobresaturando la mezcla a condiciones de presión muy alta. Al contrario del ejemplo anterior, incrementar la temperatura de esta mezcla la desestabiliza y libera en mayor cantidad los gases, por lo que disminuye la tasa de solubilidad.
• Soluciones con yodo. Muchas soluciones que emplean yodo (como las usadas para curar heridas superficiales) no pueden emplear agua en su preparación, ya que el yodo no es soluble en agua. En cambio, empleando alcohol, la tasa de solubilidad mejora y es posible producir la mezcla.
• Café con leche. Tomando como ejemplo el café con leche, en el que se agrega la segunda al primero, veremos que la tasa de solubilidad de la leche en el café aumenta si incrementamos la temperatura, mientras que si esperamos a que las sustancias se enfríen, seguramente veremos la formación de grumos o nata en la superficie, evidencia de que la solución se ha saturado más rápidamente.
• El oxígeno en la sangre. Todos sabemos que requerimos del oxígeno del aire para vivir, y que dicha sustancia es un gas. Aun así, este elemento es transportado en nuestra sangre hasta los diversos tejidos que lo requieren, y ello se lleva a cabo a través de una solución, permitida por sustancias como la hemoglobina. Las personas con mayor presencia de dicho compuesto en la sangre podrán disolver más de dicho gas en sangre que otras personas, pudiendo así tener sus tejidos más oxigenados.
• Disolver etanol en benceno y en agua. Un caso curioso: a pesar de que el benceno es polar y el agua apolar, el etanol puede disolverse en ambos. Esto se debe a que posee partes hidrocarbonatadas que lo hacen semejante al benceno (un hidrocarburo) y a la vez a que posee un grupo hidroxilo (-OH) que puede establecer puentes de hidrógeno con el agua.
• Los gases atmosféricos. Muchos gases que liberamos cotidianamente a la atmósfera no son solubles en el aire, a menudo desplazándolo y ocupando su lugar. Sin embargo, al elevarse en la atmósfera y variar la presión a la que se encuentran sometidos, dicha condición varía y se produce finalmente la mezcla, que en ocasiones es una fuente importante de contaminación ambiental (como la destrucción de la capa de ozono).
• Pintura de aceite y rebajador (thinner). Los rebajadores de pinturas al aceite son solventes orgánicos derivados del petróleo, cuya composición hidrocarbúrica permite disolver las capas de pintura de esmalte, de aceite o de grasa, a las cuales se asemejan en composición y polaridad.
• Nitratos (NO3) en agua. Todas las sustancias compuestos por nitratos (grupos moleculares de nitrógeno y oxígeno) son perfectamente solubles en agua. Esto es muy comprobable en los procesos de contaminación del agua por la industria química o de los agrofertilizantes, cuyos desechos, ricos en nitrógeno, van a dar al mar y a los ríos, en los que se disuelve con facilidad y deteriora la calidad de la vida presente.
• Plásticos en acetona. A menudo se disuelven plásticos por error en la acetona, como puede ocurrir con lentes y otros accesorios expuestos por error a quitaesmaltes; esto se debe a que poseen una constitución molecular semejante (orgánica). En cambio, ni el plástico ni la acetona son solubles en el agua, ya que no comparten polaridad.