Electrolitos fuertes, débiles y no electrolitos

¿Qué tiene que aparecer en el agua para que haya corriente?

Algunas sustancias, al disolverse, sufren un cambio físico o químico que produce iones. Esas sustancias son los electrolitos. Las que no producen iones al disolverse son no electrolitos. Si el proceso que genera los iones es esencialmente eficiente al cien por ciento, y todo el compuesto disuelto produce iones, la sustancia es un electrolito fuerte. Si solo una fracción relativamente pequeña de lo disuelto produce iones, es un electrolito débil. ¹

Para conducir hace falta carga que pueda moverse. En un cable metálico esa carga son los electrones. Una disolución conduce si contiene iones disueltos, y la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de esos iones. Un voltaje aplicado a electrodos metidos en la disolución sirve para comparar: se mide la corriente, o se mira el brillo de una bombilla del circuito. El etanol, puesto como ejemplo de no electrolito, no contiene iones disueltos y no puede conducir. Una disolución de electrolito sí deja pasar la electricidad, y conduce más cuanto más fuerte es el electrolito. ¹

Sales que se separan y moléculas que reaccionan

El agua y otras moléculas polares se acercan a los iones. La atracción electrostática entre un ion y una molécula con dipolo se llama atracción ion-dipolo. En el cloruro de potasio sólido que entra al agua, el extremo positivo del agua, el hidrógeno, se acerca a los iones cloruro de la superficie, y el extremo negativo, el oxígeno, se acerca a los iones potasio. Las moléculas de agua rodean a cada $K^{+}$ y a cada $Cl^{-}$, bajan la atracción entre ellos y los dejan salir como iones solvatados. Separar así los iones de un sólido iónico es un cambio físico: la disociación. En la mayoría de las condiciones, los compuestos iónicos se disocian casi por completo al disolverse, y por eso se clasifican como electrolitos fuertes. Aunque se disuelva poca cantidad, esa porción se disocia por completo, y el compuesto iónico soluble sigue en la clase fuerte. ²

El agua pura conduce muy mal: está muy poco ionizada. A $25\ ^{\circ}\mathrm{C}$ solo dos de cada mil millones de moléculas se ionizan. Una molécula cede un protón a otra y quedan hidronio e hidróxido. Eso no alcanza para tratar el agua pura como electrolito de la disolución. ²

Un soluto covalente es otro caso. El cloruro de hidrógeno puro es un gas de moléculas de HCl y no contiene iones. Su disolución acuosa conduce muy bien, así que ahí sí hay una concentración apreciable de iones. El HCl, por ser ácido, transfiere $H^{+}$ al agua y forma hidronio y cloruro. Esa reacción es esencialmente completa: el HCl es un ácido fuerte y, por eso, un electrolito fuerte. Los ácidos y las bases débiles, que solo reaccionan en parte, dejan concentraciones bajas de iones y se clasifican como electrolitos débiles. La diferencia no es el estado líquido. Es si aparecen iones y en qué fracción. ²

En una celda, esos iones libres son los que cierran el circuito por dentro de la disolución. La ficha de las celdas usa esa disolución; aquí el corte es anterior: sin iones móviles no hay conductividad que medir con la bombilla. ¹

Ideas clave

• Electrolito. Produce iones al disolverse. Si no los produce, es no electrolito. ¹
• Fuerte. Casi todo lo disuelto pasa a iones. Las sales iónicas solubles entran aquí, y el HCl acuoso también. ²
• Débil. Solo una fracción pequeña produce iones. Así clasifica la sección a los ácidos y las bases que reaccionan solo en parte. ¹
• Conductividad. Sube con la concentración de iones. El metal conduce por electrones, no por este mecanismo. ¹
• Dos cambios. Disociar KCl es físico. El HCl gaseoso reacciona con el agua: el ion no estaba en el gas. ²

Ejemplos resueltos

Bombilla en etanol

Metes los electrodos en una disolución acuosa de etanol y la bombilla del circuito no enciende. ¿Cómo clasifica la sección a ese soluto?

1. Conducir en disolución exige iones disueltos y móviles. ¹
2. El etanol es el no electrolito del apartado: su disolución no trae esos iones. ¹
3. No enciende. No hace falta que el etanol "se rompa un poco": la sección lo pone entre los que no producen iones.

Cloruro de potasio

Añades KCl sólido al agua y preguntas si la disolución es de un electrolito fuerte.

1. El agua separa $K^{+}$ y $Cl^{-}$ y los solvata. Eso es disociación, un cambio físico. ²
2. El compuesto iónico disuelto se disocia casi por completo. ²
3. Es electrolito fuerte. Cada fórmula que entra aporta dos iones, y la conductividad sigue la concentración de esos iones. ¹

Gas que no conduce y disolución que sí

Tienes HCl puro, gaseoso, y aparte una disolución acuosa de ese mismo compuesto. ¿Cuál conduce, y por qué cambia la clasificación?

1. El gas es covalente y no contiene iones. ²
2. En agua la reacción que forma hidronio y cloruro es esencialmente completa. ²
3. La disolución es un electrolito fuerte. El gas, solo, no entra en esa clase: le faltan los iones.

Errores comunes

• Llamar electrolito al metal porque el cable conduce. En el metal se mueven electrones; el electrolito se define por los iones que produce al disolverse. ¹
• Tratar el etanol como electrolito débil. La sección lo agrupa con los que no tienen iones disueltos. ¹
• Creer que el HCl gaseoso ya trae $H^{+}$ y $Cl^{-}$. Esos iones aparecen cuando reacciona con el agua. ²
• Bajar a "no electrolito" una sal iónica solo porque se disuelve poco. Lo que se disuelve se disocia por completo. ²

Cómo lo pregunta el examen

El reactivo pide la clase, o un orden de conductividad a la misma concentración. La clase sale de la fracción que se vuelve iones: completa, parcial o nula. Una sal soluble que se disocia por completo va por encima de un ácido que solo reacciona en parte, y ese ácido va por encima de un soluto que no forma iones, como el etanol de la sección. Si comparas dos sales fuertes a la misma molaridad, conduce más la fórmula que suelta más iones al disociarse, porque la conductividad sigue la concentración de iones. El agua pura no se usa como patrón de buena conductividad: a $25\ ^{\circ}\mathrm{C}$ se ionizan dos moléculas de cada mil millones. ^{1 2}

Resumen

• Electrolito es quien produce iones al disolverse; no electrolito es quien no los produce. ¹
• Fuerte: casi el cien por ciento de lo disuelto pasa a iones. ¹
• Débil: solo una fracción pequeña produce iones. ¹
• Las sales iónicas se disocian; el HCl acuoso reacciona con el agua y también queda como fuerte. ²
• A más iones libres, más conductividad. El etanol de la sección no enciende la bombilla. ¹