MODULO DE QUÍMICA Parte VI SOLUCIONES

¿Qué es una solución? Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. 

Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa. Entonces, reiterando, llamaremos solución  o disolución a las mezclas  homogéneas que se encuentran en  fase líquida. Las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida,  como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones.

Características de las soluciones (disoluciones) Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, Imantación, etc.  Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía  

¿Qué es soluto y el solvente? Soluto es el componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve.  El soluto puede ser sólido, líquido o gas. Solución (Sln) = Solvente (Ste) + Soluto (Sto) Solvente es el componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto.  El solvente es aquella fase en  que se encuentra la solución.

Otras características Los componentes de las soluciones conservan sus propiedades individuales. Puede ser incolora o colorida. Las sustancias que forman una solución pueden estar como átomos, iones o moléculas por ejemplo: Átomos Los metales al formar una aleación. Iones La mayoría de las sales al disolverse en agua. Moléculas Sustancias covalentes solubles en agua como el alcohol.

Tipos de soluciones Soluto Solvente Solución Ejemplo Gas Cuando el estado físico de soluto y solvente es diferente, el solvente conserva su estado físico, ya que el soluto se disuelve en él y la solución tiene el estado físico del solvente. Las soluciones más comunes son acuosas, o sea que el solvente es el agua. El estado de soluto y solvente puede ser cualquiera: sólido, líquido o gaseoso. Algunos ejemplos se muestran en la siguiente tabla. Soluto Solvente Solución Ejemplo Gas Aire (O2 en N2) Líquido Refrescos (CO2 en agua) Vino (etanol en agua) Sólido Empastes dentales (Hg líq. en plata sólida) Salmuera (NaCl en agua) Acero (carbono en hierro)

Soluciones coloidales Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las suspensiones. Las partículas en los coloides son más grandes que las moléculas que forman las soluciones.  Partes de un coloide La fase dispersa esta fase corresponde al soluto en las soluciones, y está constituida por moléculas sencillas o gigantes. La fase dispersante es la sustancia en la cual las partículas coloidales están distribuidas. Esta fase corresponde al solvente en las soluciones.

Clases de Coloides Soles, geles Aerosoles líquidos Emulsiones sólidas Aerosoles sólidos Sol sólido Espumas Espumas sólidas

Soluciones en suspensión Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por un sólido en polvo o pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido (fase dispersante o dispersora). La arena mezclada(fase dispersa) con el cemento(fase continua) Refrescos(fase continua) elaborados con zumos de frutas(fase dispersa)

Propiedades coligativas de las soluciones Las propiedades coligativas se pueden explicar en base a la presión de vapor, la cual depende de la tendencia de las moléculas de un líquido a separarse de él. Sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas.

Los efectos de las propiedades coligativas dependen del número de moléculas disueltas, a mayor concentración mayor será el efecto de las propiedades coligativas.  Tres de las propiedades coligativa son: Depresión del punto de congelación, aumento del punto de ebullición y disminución de la presión de vapor. Se utilizan mezclas de NaCl y CaCl2 en las calles y caminos nevados, ya que al tener la solución punto de congelación menor de 0°C, el hielo y la nieve se derriten. El uso de mezclas de hielo y sal para alcanzar bajas temperaturas en la preparación casera de helados.

Proceso de solubilidad ¿Qué es solubilidad? Es la cantidad máxima de un solito que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente a una temperatura previamente establecida Ejemplo: explicar el significado de la siguiente expresión: a 50◦C, la solubilidad del Kbr en 100 gramos de agua es 110 gramas Proceso de solubilidad El proceso de orientación de las moléculas alrededor de los iones se llama hidratación.

Mayor o menor concentración Para saber exactamente la cantidad de soluto  y de solvente  de una disolución  se utiliza una magnitud denominada concentración.   Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña.  Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande.  Solución insaturada Cuando a una T determinada en una cantidad dada de Ste se tiene disuelto menos Sto del que se puede disolver en ese Ste

Mayor o menor concentración Solución saturada Cuando a una T determinada en una cantidad dada de Ste se tiene disuelta la máxima cantidad Sto del que se puede disolver en ese Ste Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20ºC.   Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse. 

Mayor o menor concentración Solución sobresaturada Si se calienta una solución saturada se le puede agregar más soluto; si esta solución es enfriada lentamente y no se le perturba, puede retener un exceso de soluto pasando a ser una solución sobresaturada Disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada.

Modo de expresar las concentraciones La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. También debemos aclarar que los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades físicas y en unidades químicas. 

Unidades físicas de concentración Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes: Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto)/(100 gramos de solución) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto)/(100 cc de solución) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución) Porcentaje peso a peso (% P/P):  indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución. Porcentaje volumen a volumen (% V/V):  se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución. Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.

Unidades químicas de concentración Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son: Fracción molar Molaridad M = (número de moles de soluto) / (1 litro de solución) Molalidad m = (número de moles de soluto) / (1 kilo de solvente) Fracción molar (Xi): La relación entre los moles de un componente (ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales presentes en la solución. Molaridad (M):  Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución.  Molalidad (m):  Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de disolvente (m)

Pesos equivalentes en gramos (eq/g) De esta manera, C en la ecuación anterior es el numero de moles de H+ que libera un acido o el numero de moles de OH- que libera una base. Calcula el peso de un equivalente para el NaOH La base NaOH solo tiene un grupo OH-. Por tanto, peso de un equivalente, Eq/g, es: En redox, C es el numero de electrones tomados o liberados por la sustancia y coincide con el numero de equivalentes para la misma especia. Un mol de cobre, en esta reacción, presenta 2 equivalentes Ejemplo: Cu + Cl2  CuCl2 Para el , se tiene Cu – 2e-  Cu+2

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