O que é solubilidade? | O weblog de química

Já se perguntou por que algumas substâncias se dissolvem facilmente na água, enquanto outras não se movem?

Isso é solubilidade em ação, um conceito -chave na química que explica como e por que os materiais se misturam. Das cervejas cotidianas ao design de medicamentos de alta tecnologia, a compreensão da solubilidade ajuda na vida cotidiana e nas aplicações industriais.

Takeaways -chave

• Solubilidade é a quantidade máxima de uma substância que pode se dissolver em um solvente em condições claramente definidas

• A taxa de dissolução é diferente da solubilidade e descreve a rapidez com que uma substância se dissolve

• A solubilidade é afetada por coisas como temperatura, pressão e estrutura molecular

• A compreensão da solubilidade é crítica entre indústrias, como produtos farmacêuticos, alimentos, ciências ambientais e fabricação

Definindo solubilidade

A solubilidade é de propriedade de uma substância, conhecida como soluto, que permite que seja dissolvido em um solvente. Praticamente todas as substâncias são parcial ou completamente solúveis em um solvente específico.

Em muitos casos, um soluto também pode ser um solvente, com base em sua proporção com um soluto.

Por exemplo, quando há uma maior concentração de álcool em uma solução que a água, a água se torna o soluto e não o solvente.

Quais fatores afetam a solubilidade?

Ao discutir a solubilidade, é importante distinguir entre quanto de uma substância pode se dissolver (seu limite de solubilidade) e a rapidez com que ela se dissolve (a taxa de dissolução). Um modelo comumente usado para a taxa de dissolução é o Equação de Noyes – Whitneyque prevê como a área de superfície do soluto e o gradiente de concentração acionam a taxa de dissolução.

Esses dois conceitos costumam ser confusos, mas desempenham papéis muito diferentes em ambientes de laboratório e industrialentão entender essa diferença é elementary.

Vários fatores afetam a solubilidade de um soluto. Principalmente, o tipo de solvente é o principal fator.

1. Polaridade do solvente ou soluto: Por exemplo, a gasolina é um solvente não polar, o que significa que não pode dissolver substâncias polares como sal de mesa (cloreto de sódio). No entanto, pode facilmente dissolver substâncias não polares, como isopores.

2. Concentração de soluto: Um soluto é tipicamente um sólido que se dissolve em um líquido. No entanto, também pode ser um gás que se dissolve em líquido ou um sólido que se dissolve em outro sólido. Todos os tipos de soluto têm um ponto de saturação, ou um limite rígido, e quando isso é alcançado, não mais pode ser dissolvido a temperatura e pressão normais.

3. Temperatura: Por que você precisa usar água quente para preparar café? Porque mO minério dos ingredientes essenciais dos grãos de café pode ser dissolvido em água se a água estiver fervendo. Isso ocorre porque um aumento de temperatura pode tornar uma solução supersaturada À medida que as partículas se movem mais rápido. Quanto mais rápidas as partículas, maior a probabilidade de as partículas se esbarrarem.

4. Pressão: A solubilidade do gás no líquido é afetada pela pressão. De fato, a solubilidade do gás é diretamente proporcional à pressão. Por exemplo, o dióxido de carbono é facilmente dissolvido em água de refrigerante se alguma pressão for exercida. Esta é a razão pela qual você deve ter cuidado ao abrir uma garrafa ou um lata de refrigeranteque pode transbordar à medida que o gás de dióxido de carbono escapa do recipiente.

5. Molécula ou tamanho de partícula: Substâncias com moléculas maiores são mais difíceis de dissolver, mesmo em forma de pó. Por exemplo, açúcar de mesa, ou sacaroseé relativamente fácil de dissolver na água, mesmo sem aplicar calor. O amido de milho, por outro lado, é difícil de dissolver. Tecnicamente, ambos são carboidratos, mas o último possui moléculas maiores. Se você tentar dissolver o amido de milho na água, em vez de se transformar em uma solução, ela acabará por precipitar se não deixada intacta.

6. Agitação ou agitação da mistura: Agitar o solvente à medida que você adicionar o soluto aumentará a solubilidade. Tem um efeito semelhante, mas mais fraco, que aquece a solução. Basicamente, um soluto se dissipa mais rapidamente em um solvente quando agitado porque a ação de agitar distribui as partículas de soluto com mais eficácia.

A solubilidade do líquido em líquido

Muitos líquidos são miscíveis ou altamente solúveis, em um solvente específico, independentemente da concentração do soluto líquido. Um bom exemplo disso é etanol ou álcool etílicoque é altamente miscível com água.

O etanol pode exceder proporcionalmente a água em uma solução, que tecnicamente reverte a interação soluto-solvente. Quando o etanol excede a água em uma solução, como no caso de Spirytus vodkaque é 192 prova ou 96% de álcool em quantity, significa que a água é de apenas 4% em quantity, tornando a água o soluto e não o solvente.

Em soluções altamente miscíveis de líquido-líquido, a única maneira de separar os líquidos é por destilação. Esse é onde o líquido na solução com o ponto de ebulição mais baixo é feito para evaporar e condensar, para que possa ser coletado em um recipiente separado.

A polaridade é central na solubilidade de líquidos em outros líquidos. A gasolina, por exemplo, é uma mistura homogênea de outros produtos petrolíferos. Os componentes da gasolina podem ser separados por destilação. Quando você conhece o ponto de ebulição de cada componente, líquidos específicos podem ser separados.

A solubilidade de um sólido em líquido

A solubilidade dos sólidos em líquido é determinada principalmente pela polaridade das substâncias envolvidas. Outros fatores, como tamanho de partícula, temperatura e pressão, também desempenham papéis importantes. Praticamente todos os sólidos são solúveis em graus variados, dependendo do tipo de solvente. Água é geralmente considerado um solvente common porque pode dissolver quase todas as substâncias polares e iônicas.

No entanto, você não deve confundir a solubilidade com a propriedade de uma substância para simplesmente ser dissolvida em um solvente. A solubilidade não envolve reações químicas. Por exemplo, quando o açúcar é dissolvido na água, o açúcar permanece quimicamente o mesmo. Isso é solubilidade. Por outro lado, quando um metallic como o alumínio é dissolvido em ácido clorídricoocorre uma reação química exotérmica. A reação pode ser resumida da seguinte forma:

Hcl + al → alcl₃ + H₂

Como você pode ver na equação química equilibrada, o gás de hidrogênio é liberado e o cloreto de alumínio é formado quando o alumínio metálico reage com o ácido clorídrico. O metallic, no entanto, não é apenas dissolvido fisicamente, mas também mudou quimicamente em um composto.

O alumínio também é minimamente solúvel em água entre pH 5,5 e pH 6,0. A concentração de alumínio dissolvido é diretamente proporcional à mudança em ph acima ou abaixo deste intervalo. A reação química entre água e alumínio pode ser resumida da seguinte forma:

2al + 3h₂O → 3h₂ + Al₂O₃

Neste exemplo, o soluto sólido reage com um soluto anfotérico. No pH neutro, a água não é um ácido nem uma base, mas pode doar ou aceitar íons de hidrônio, dependendo do soluto.

A solubilidade dos gases em líquido

Os gases são facilmente solúveis em água e outros solventes líquidos se for aplicada pressão suficiente. Na temperatura ambiente regular e no nível do mar pressão atmosféricao ar se dissolve facilmente na água se a água for simplesmente agitada. Esta é a razão pela qual as bolhas de gás são formadas antes que a água atinja seu ponto de ebulição.

De forma comparable, Se você apenas permitir que a água fique intacta -se em um recipiente, notará que algumas bolhas se formam na superfície interna do recipiente que está em contato com a água.

Quando se trata de solutos líquidos e sólidos, a polaridade do solvente é muito importante. No entanto, esse não é o caso da solubilidade dos gases em líquidos. Por exemplo, O metano é um gás não polar que não é apenas solúvel, mas miscível na água a 3,5 GPa de pressão a 100 ° C de temperatura.

A solubilidade das substâncias é determinada por vários fatores que são essenciais para determinar vários processos físicos e biológicos.

Aplicações de solubilidade

A solubilidade é elementary para uma ampla gama de indústrias, não apenas os laboratórios de química. De produtos químicos farmacêuticos Para limpar os produtos e além, entender como as substâncias se dissolvem é central para a formulação, desempenho e segurança do produto.

Farmacêuticos e entrega de medicamentos

Nos produtos farmacêuticos, a solubilidade é uma medida importante de quão bem um medicamento funciona. Drogas mal solúveis podem não ser absorvidas com eficiência no corpo, levando a baixa biodisponibilidade.

Isso levou a:

• Técnicas de aprimoramento de solubilidade, como formação de sal, micronização ou uso de excipientes promotores de solubilidade
• Triagem de pré-formulação, onde possíveis candidatos a medicamentos são avaliados com base na solubilidade antes do desenvolvimento posterior

Mesmo pequenas diferenças na solubilidade podem afetar a eficácia de um medicamento, a estabilidade e a forma de dosagem.

Química industrial e síntese química

A solubilidade afeta como as matérias -primas são mistas, a rapidez com que as reações prosseguem e como os produtos são recuperados:

• Em engenharia de reação, a solubilidade afeta a mistura, o rendimento e a eficiência
• Em cristalização e precipitação, frequentemente vista como parte de revestimento químico Processos, controlar a solubilidade ajuda a isolar e purificar compostos desejados
• Nas separações, técnicas como a extração de solventes dependem inteiramente de solubilidades diferentes

Limpeza e detergentes

Para um Produto de limpeza Para trabalhar efetivamente, seus ingredientes ativos devem se dissolver adequadamente na água ou em outro transportador:

• Os detergentes dependem de surfactantes que se dissolvem para emulsificar graxa e óleos
• A solubilidade em água dura afeta o desempenho do produto e a formação de resíduos
• A química da formulação garante que os ingredientes permaneçam dissolvidos durante o armazenamento e uso

A compreensão da solubilidade ajuda a prevenir a separação ou cristalização de fases durante a vida útil.

Produção de alimentos e bebidas

A solubilidade desempenha um papel na entrega de sabores, textura e até estabilidade das prateleiras:

• Adoçantes, conservantes e corantes devem se dissolver uniformemente para um sabor e aparência consistentes
• Proteína e os pós de nutrientes devem se dispersar e se dissolver rapidamente em bebidas
• O teste de solubilidade ajuda a desenvolver produtos e suplementos instantâneos estáveis

Ciência Ambiental e Tratamento de Água

A solubilidade influencia como os produtos químicos se comportam no meio ambiente:

• Transporte de poluentes – produtos químicos solúveis se movem facilmente através das águas subterrâneas, afetando os riscos de contaminação
• Tratamento de água – Solubilidade de sais e minerais afeta as opções de escala, corrosão e filtração
• Desinfecção – Os ingredientes ativos devem se dissolver efetivamente para tratamentos como cloração ou ozonização para funcionar

Conclusão

A solubilidade é um conceito elementary na química que se estende muito além da sala de aula. Ele influencia tudo, desde como os medicamentos funcionam até como os processos industriais são projetados e como os produtos do cotidiano funcionam. Esteja você desenvolvendo uma nova formulação ou simplesmente dissolvendo o açúcar no chá, a solubilidade desempenha um papel central na maneira como as substâncias interagem na solução.