Objetivo

Si añadimos una cucharada de azúcar a una taza de té. ¿Qué sucede con el azúcar?

Objetivo a) El azúcar reacciona con el agua formando un nuevo compuesto b) El azúcar se mezcla con el agua sin que alteren su naturaleza química c) El azúcar se descompone formando un líquido con el agua

Materia y sus transformaciones: Propiedades generales de las disoluciones

Objetivo Caracterizar una solución acuosa y aplicar el concepto de solubilidad

Sustancias y mezclas  Una sustancia es una forma de materia que tiene composición definida (constante) y propiedades distintivas. Existen en forma de elementos y compuestos. Por ejemplo: agua (H 2 O), amoníaco (NH 3 ), oro (Au) y oxígeno (O 2 )  Las sustancias difieren entre sí por su composición y se pueden identificar según su aspecto, color, sabor y otras propiedades  Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en la que estas conservan sus propiedades. Por ejemplo: el aire, las bebidas gaseosas y la leche  Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas  Una mezcla homogénea posee una composición uniforme. Por ejemplo: una taza de té o un vaso de jugo  Una mezcla heterogénea no posee una composición uniforme. Por ejemplo: una mezcla de arena con virutas de hierro

Formación y separación de compuestos  Los compuestos se forman y se separan únicamente mediante métodos químicos

Separación de mezclas  Cualquier mezcla, sea homogénea o heterogénea se puede formar y luego separar por métodos físicos en sus componentes puros sin cambiar la identidad de tales componentes Mezcla heterogénea (arena + virutas de hierro)

Separación de mezclas homogéneas: destilación Mezcla homogénea (agua + etanol)

Disoluciones  Es una mezcla homogénea, uniforme y estable, formada por dos o más sustancias denominadas genéricamente “componentes”, entre los cuales no hay una reacción química  Uno de sus componentes se denomina soluto (fase dispersa) y corresponde a aquella sustancia que está en menor proporción, y el otro el disolvente o solvente (fase dispersante), que es aquel que se presenta en mayor cantidad  Las disoluciones líquidas en las que el disolvente es agua se denominan “soluciones acuosas”  Matemáticamente, una disolución se expresa como: DISOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE

Disoluciones  Ejemplos:

Estado físico de la disolución ¿A qué componente de la disolución se debe el estado físico de esta?

Estado físico de la disolución Estado de la disolución Estado del disolvente Estado del soluto Ejemplo Líquido Cloro doméstico GasBebidas gaseosas SólidoLeche con chocolate Gas LíquidoNeblina GasAire SólidoHumo Sólido LíquidoAmalgama GasHidrógeno en paladio SólidoBronce

Estado físico de la disolución Amalgama Plata + otros metales (entre ellos mercurio) Humo Aire + material producto de combustión incompleta Cloro doméstico Agua + NaClO (hipoclorito de sodio)

El agua: disolvente universal  Debido a la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno, la distribución de los electrones no es homogénea, es decir, hay más electrones cerca del oxígeno que de los hidrógenos  Por este motivo se producen dos polo, uno de carga positiva ( δ + ) y otro de carga negativa ( δ - ), es decir, se forma un dipolo  Que la molécula de agua tenga polaridad NO SIGNIFICA que pierda la neutralidad

El agua: disolvente universal  En el estado líquido, las moléculas de agua se encuentran formando conglomerados de moléculas que se mantienen unidas a través de fuerzas electrostáticas entre los polos opuestos que se encuentran en los átomos de las distintas moléculas Puente de hidrógeno

Solubilidad  Se denomina solubilidad a la capacidad de una determinada sustancia para disolverse  Se expresa como la cantidad de gramos de soluto disueltos por cada 100 g de disolvente a una temperatura determinada de acuerdo con la siguiente fórmula:

Solubilidad ¿Qué significa que la solubilidad del NaCl a 20 °C sea 37 g/100 g de agua?

Solubilidad ¿Qué significa que la solubilidad del NaCl a 20 °C sea 37 g/100 g de agua? Significa que a una temperatura de 20 °C se disuelven 37 g de cloruro de sodio en 100 g de agua Si se añaden 67 g de NaCl a 100 g de agua a 20 °C ¿qué podría suceder? Solamente se solubilizarán los 37 g, el resto (30 g) precipitará

Recordando lo aprendido…  Clasificación de la materia  Mezclas  Caso especial de mezcla homogénea: disolución  Composición de una disolución  Estado físico de una solución  Solvente universal: el agua  Concepto de solubilidad

Solubilidad La solubilidad del nitrato de plata (AgNO 3 ) a 18 °C es de 211,6 g en 100 g de agua. ¿Cuántos gramos de nitrato de plata se pueden disolver como máximo en 400 g de agua a esta temperatura? Solución: 846,4 g

Tipos de soluciones de acuerdo a la solubilidad  De acuerdo a la solubilidad existen tres tipos de disoluciones: 1. Disoluciones insaturadas o no saturadas: si una solución se prepara disolviendo una cantidad de soluto menor que su solubilidad 2. Disoluciones saturadas: si una solución se prepara disolviendo la cantidad de soluto correspondiente a su solubilidad 3. Disoluciones sobresaturadas: cuando la cantidad de soluto que se disuelve es mayor que su solubilidad. Lo que no se solubiliza precipita

Miscibilidad Cuando un líquido es infinitamente soluble en otro líquido, se dice que son miscibles. Si solo están en contacto formando capas separadas, son inmiscibles Agua + etanolAgua + aceite

Factores que afectan la solubilidad: Naturaleza del soluto y solvente  Experimentalmente se ha comprobado que las sustancias que poseen estructuras y enlaces intermoleculares similares tienden a ser más solubles entre sí  Los solutos polares o iónicos son más solubles en solventes polares  Por esta razón, el agua (solvente polar) disuelve con facilidad solutos polares como el etanol e iónicos como el NaCl  Mientras que los solutos apolares son más solubles en solventes apolares  Por esta razón, el agua no disuelve solutos apolares como el hexano o los aceites

Factores que afectan la solubilidad Solubilidad (g de soluto/100 g de H 2 O) Temperatura (°C)  ¿Cómo varia la solubilidad de los distintos compuestos al aumentar la temperatura?  ¿Qué se puede concluir del gráfico?

Factores que afectan la solubilidad: Efecto de la temperatura  La mayoría de los sólidos aumentan la solubilidad al aumentar la temperatura si el proceso total de la disolución es endotérmico  En caso contrario, cuando el proceso es exotérmico, un aumento de temperatura disminuye la solubilidad, como sucede con la mayoría de los solutos gaseosos en el agua  Una manera de mostrar la relación solubilidad-temperatura para algunos compuestos sólidos en agua es a través de una representación gráfica (como la de la diapositiva anterior) T° / Soluto20 °C40 °C80 °C100 °C KCl KNO NaCl

Factores que afectan la solubilidad Siendo P la presión ¿qué puedes deducir de la imagen? Solvente líquido Soluto gaseoso

Factores que afectan la solubilidad: Efecto de la presión  La presión no afecta demasiado la solubilidad de sólidos y líquidos; sin embargo, sí es muy importante en los gases  El aumento de la presión produce un aumento de la solubilidad de los gases en los líquidos  Si se duplica la presión en contacto con el líquido, la solubilidad del gas también se duplica, porque esta es directamente proporcional a la presión que se aplica

Tipos de soluciones insaturadas Solución diluidaSolución concentrada

Tipos de soluciones insaturadas  Dentro de las soluciones insaturadas podemos distinguir dos tipos: 1) Soluciones diluidas: se presenta cuando la cantidad de soluto es relativamente pequeña 2) Soluciones concentradas: se presenta cuando la cantidad de soluto es alta  En términos cuantitativos (numéricos) la relación soluto-solvente o soluto- solución se conoce con el nombre de concentración  La concentración de una solución indica la cantidad de soluto que está disuelta en determinada cantidad de solvente o solución

Actividad  Utilizando la información entregada en la tabla, responda: a) ¿Cómo prepararías una solución saturada y sobresaturada de KCl a 20 °C? b) ¿Qué sucede con la solubilidad del KNO 3 si se baja la temperatura de 40°C a 20 °C? c) ¿Cuál de los solutos descritos es más soluble en agua? Explica d) Si a una solución de KNO 3 se le aumenta la presión a 3 atm ¿la solubilidad aumenta? Explica e) Según lo visto ¿por qué razón los solutos descritos en la tabla son solubles en agua? Tabla de solubilidad Sales (soluto) Solubilidad (g de soluto/100 g de H 2 O) 20 °C40 °C80 °C100 °C KCl KNO NaCl

Unidades de concentración  Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente, los químicos han definido una serie de unidades de concentración  Existen dos tipos de unidades: unidades físicas y unidades químicas  Las unidades físicas son tres: % m/m (porcentaje masa en masa), % m/V porcentaje masa en volumen y % V/V (porcentaje en volumen)  Las unidades químicas son: molaridad (M), molalidad (m) y fracción molar (X)

Unidades físicas: Porcentaje masa en masa  Es la unidad de concentración que expresa la masa de soluto en gramos por cada 100 gramos de disolución: Una muestra de 0,892 g de cloruro de potasio (KCl) se disuelve en 54,6 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje masa en masa de la disolución? La concentración es 1,61 % m/m Lo que quiere decir que hay 1,61 g de soluto (KCl) por cada 100 g de disolución (KCl + agua)

Unidades físicas: Porcentaje masa en volumen  Es la unidad de concentración que expresa la masa de soluto en gramos por cada 100 mL de disolución: Una solución que contiene 30 g de sacarosa (azúcar común) en 80 mL de solución. ¿Cuál es la concentración en % m/V? La concentración es 37,5 % m/V Lo que quiere decir que hay 37,5 g de soluto (sacarosa) por cada 100 mL de disolución (sacarosa + agua)

Unidades físicas: Porcentaje volumen en volumen  Es la unidad de concentración que expresa los mL de soluto por cada 100 mL de disolución : Calcular la concentración en % V/V de una solución alcohólica que contiene 15 mL de alcohol disueltos en 65 mL de agua. La concentración es 18,75 % V/V Lo que quiere decir que hay 18,75 mL de soluto (alcohol) por cada 100 mL de solución (agua + alcohol)

Unidades químicas: Molaridad  Esta unidad de concentración indica el número de moles de soluto disueltos en 1 L (1000 mL) de disolución: Una disolución se prepara agregando 0,5 moles de NaOH en agua para formar 2 L de disolución. Determinar la molaridad de la disolución. La concentración es 0,25 M o (0,25 mol/L) Lo que quiere decir que hay 0,25 moles por cada litro de disolución

Unidades químicas: Molalidad  Esta unidad de concentración indica el número de moles de soluto disueltos en 1 Kg de disolvente: Si se tienen 0,86 moles de NaCl en 500 g de agua. Determinar la molalidad. La concentración es 1,72 m Lo que quiere decir que hay 1,72 moles por cada Kg de disolución

Unidades químicas: Fracción molar  La fracción molar de cualquier componente de una solución se calcula dividiendo el número de moles de uno de los componentes por el total de moles de la disolución

Unidades químicas: Fracción molar Se disuelven 15 g de NaCl en 250 g de agua. ¿Cuál es la fracción molar del soluto y del disolvente respectivamente? Masas molares: NaCl = 59 g/mol y H 2 O = 18 g/mol Las fracciones molares son: X soluto = 0,017 X solvente = 0,982