Por qué muchos compuestos iónicos son solubles en agua
El elevado momento del dipolo del agua y su capacidad para formar enlaces de hidrógeno hacen del agua un excelente disolvente. Una molécula o un ión es soluble en el agua cuando puede interactuar con las moléculas de agua a través de enlaces de hidrógeno o interacciones dipolo-ión.
Solubilidad de los iones en el agua
Con los aniones que tienen átomos de oxígeno (CO32-, SO42-, NO -), pueden formar enlaces de hidrógeno porque el oxígeno actúa como aceptador de hidrógeno. Además, hay que considerar la atracción del anión por el dipolo de agua. Lo mismo se aplica a Cl- o F-, que tienen pares de electrones solitarios y pueden actuar como aceptadores de puentes de hidrógeno. Por otro lado, cationes como Na+, K+, Ca++ o Mg++ están rodeados de moléculas de agua a las que están unidos por una interacción dipolo-iónica; los átomos de oxígeno están alineados con el catión.
El cloruro tiene 4 pares de electrones solitarios que actúan como aceptores de 4 enlaces de hidrógeno. Las cuatro moléculas directamente unidas al anión (rojo) forman la primera capa de disolvente, que es difícil de separar del cloruro. Estas 4 moléculas están a su vez conectadas a la segunda capa de moléculas de agua, de las cuales sólo 5 (en azul) se muestran. El ión Na+ (dibujado en la escala de la figura) puede conectar hasta 6 moléculas de agua, 4 en un plano y dos más en la parte superior e inferior (mostradas como una elipse). Estas moléculas de agua están conectadas entre sí, hasta un total de unas 16 moléculas de agua, que están conectadas a Na+
En cada caso, el ión está rodeado por una capa de moléculas de agua (atmósfera soluble). Estas partículas, a su vez, dirigen las moléculas de agua adyacentes y así sucesivamente; las moléculas más externas se intercambian constantemente con las moléculas de agua del medio. En principio, cuanto más pequeño y fuerte es el ión cargado, es decir, cuanto más alta es la densidad de su carga, más fuerte es la unión de las moléculas de agua. Sin embargo, se discute cuántas moléculas de agua pueden considerarse fuertemente ligadas a un catión (por ejemplo, 4 ó 6 para el Na+). Además, este número puede depender de la presencia de otros iones en el medio. Los cationes metálicos como el Fe3+ se unen a 6 moléculas de agua a través de enlaces dativos muy fuertes (coordenadas). Las moléculas de agua se ionizan con un valor de pH creciente - la hidrólisis de los cationes - y las propiedades específicas de estos complejos no serán discutidas aquí.
Solubilidad de las moléculas neutras en el agua
Las partículas neutras son solubles -miscibles- en agua si pueden formar enlaces de hidrógeno, como aceptador (acetona), donante (mercaptoetanol) o ambos (etanol). La solubilidad de las moléculas más grandes y complejas depende del número de grupos (iónicos, polares) que tienen y de la geometría de la molécula.
Modelo de irrigación del inositol Aesylus
Cada uno de los seis grupos OH une 2 moléculas de agua, una como donante y otra como aceptante (arriba). Un total de 12 moléculas de agua, que a su vez están conectadas a las moléculas de agua adyacentes por enlaces de hidrógeno (arriba a la derecha). Tenga en cuenta que los hidrocarburos enlazados con carbono no forman enlaces de hidrógeno
