Solubilidad de un compuesto en agua

Efectos de la solubilidad en agua

¿Has visto alguna vez lo que un pequeño hilo de agua puede afectar a una cadena montañosa? Con el tiempo, esos pequeños caminos de agua pueden abrir grandes gargantas a través de montañas. Esto se debe, en parte, a la solubilidad de los compuestos en agua.

Antes de entrar en una discusión sobre la solubilidad de los compuestos en agua, cubramos algunos términos relacionados con la solubilidad: soluto y solvente. El soluto es lo que se disuelve (el componente menor) y el solvente es el líquido que se disuelve.

La polaridad del agua , que es el reparto desigual de electrones entre sus átomos, es lo que le permite ser un gran solvente. Normalmente, el agua se mantiene unida a través de esta polaridad de cargas parciales positivas y negativas. Lo positivo se siente atraído por lo negativo, creando una estructura cohesiva. Cuando se agregan compuestos polares o iones al agua, se rompen en componentes más pequeños o se disuelven para formar parte de la solución. Las cargas parciales del agua atraen diferentes partes del compuesto, haciéndolas solubles en agua.

Iones en el agua

Los iones se forman en el agua cuando algunos compuestos se disuelven en agua. Estos iones tienen cargas positivas o negativas, lo que los ayuda a formar parte de la solución.

Por ejemplo, la sal de mesa (NaCl) se disuelve en dos iones (sodio y cloruro) en agua. El sodio (Na) tiene carga positiva y el cloruro (Cl) tiene carga negativa. La ligera carga negativa del oxígeno puede rodear al ion sodio, disolviéndolo en el agua. La ligera carga positiva de los átomos de hidrógeno puede rodear el ion cloruro, disolviéndolo también en agua.

La carga positiva del sodio está rodeada por las cargas negativas del agua, lo que la hace soluble.

Moléculas polares

Al igual que los iones, las moléculas polares pueden disolverse en agua. Como el agua, las moléculas polares tienen cargas parciales positivas y negativas. La atracción entre cargas parciales opuestas ayuda a que las moléculas polares se disuelvan en agua.

Entonces, ¿cómo se puede saber si una molécula es polar? El agua proporciona la respuesta. El agua no tiene una carga total positiva o negativa; en cambio, posee una carga parcial positiva y parcial negativa. Esto se debe a que el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno. Esto significa que el oxígeno atrae más electrones que el hidrógeno. Dado que más electrones se mueven hacia el oxígeno, tiene una carga negativa ligeramente más alta que los átomos de hidrógeno del agua.

Veamos otro ejemplo sencillo: un enlace carbono-flúor. Dado que el flúor es más electronegativo que el carbono, atrae más electrones hacia él, haciéndolo parcialmente negativo.

Compuestos alifáticos

Los compuestos alifáticos son compuestos con una estructura de carbono. La mayoría de los compuestos alifáticos no son polares, por lo que no se disuelven en agua. Por ejemplo, los ácidos grasos que se encuentran en los aceites no son polares porque tienen una larga cadena de átomos que son iguales o similares en fuerza electronegativa.

Los ácidos grasos, como el ácido mirístico, tienen una larga cadena de átomos de carbono, lo que los hace no polares.

Observe que tenemos oxígeno en un extremo de los ácidos grasos. Si bien el oxígeno es más electronegativo que el carbono, la larga cadena de átomos de carbono compensa la diferencia, haciéndolo no polar. Es por eso que el agua y el aceite se separarán pronto cuando intente mezclarlos.

Aún así, hay alguna esperanza para los compuestos alifáticos cuando se trata de solubilidad en agua. Un compuesto alifático que tiene una cadena corta con un extremo electronegativo fuerte puede ser polar y disolverse en agua. Además, si un extremo de una cadena larga de átomos de carbono es muy electronegativo, entonces el compuesto alifático puede actuar como emulsionante. La porción de cadena larga (generalmente llamada cola) interactuará con compuestos que no se disuelven en agua (como la grasa), mientras que el extremo electronegativo (generalmente llamado cabeza) interactuará con el agua. Esto permite que los compuestos no polares se mezclen con el agua, pero no se disolverán completamente en el agua.

Polaridad de compuestos aromáticos

El componente básico de los compuestos aromáticos , el benceno, no es polar y no se disuelve en agua. Dado que el benceno es solo un anillo de átomos de carbono e hidrógeno, no hay diferencias electronegativas. Esto lo hace no polar. Sin embargo, se pueden unir otras moléculas al benceno, manteniéndolo aromático pero haciéndolo más o menos polar.

El benceno es aromático porque todos los electrones se pueden compartir en un círculo.

Si un grupo nitro (NO 2 ) se une al benceno (produciendo nitrobenceno), entonces se vuelve polar. Tanto el nitrógeno como el oxígeno son más electronegativos que el carbono, por lo que los electrones son atraídos hacia él, lo que genera una carga parcial negativa en el grupo nitro y una carga parcial positiva en el grupo benceno.

Por otro lado, si agrega un grupo metilo (CH 3 ) al benceno (lo que produce metilbenceno), todavía no es muy polar. Dado que el grupo metilo está formado por los mismos compuestos que el benceno original (átomos de carbono), no hay una gran diferencia en la fuerza electronegativa. Entonces, este compuesto aromático todavía no es muy polar.

Resumen de la lección

Tomemos un momento para revisar lo que hemos aprendido. El agua es un gran solvente porque es polar . Esto permite que los iones y compuestos polares se disuelvan en él. Como el agua, las moléculas polares también tienen una carga parcial negativa y una carga parcial positiva. Podemos saber si un compuesto tiene una carga parcial observando la fuerza electronegativa de cada átomo de la molécula, lo que significa que el oxígeno atrae más electrones que el hidrógeno. Si hay una gran diferencia en la fuerza electronegativa en un lado de la molécula de otro, entonces tiene una carga parcial y se disuelve en agua.

Los compuestos alifáticos , como los ácidos grasos que se encuentran en los aceites, a menudo tienen cadenas de carbono largas y no son polares. Tienen una columna vertebral de carbono. A menos que tengan una cadena corta con una cabeza electronegativa fuerte, por lo general no se pueden disolver en agua. Los compuestos aromáticos están formados por anillos de benceno, que no son polares. Sin embargo, pueden tener una carga parcial y ser ligeramente solubles en agua si el grupo unido al benceno es mucho más o menos electronegativo que el anillo de benceno.