Soluciones

Una solución se define como una mezcla homogénea de un soluto (especie que se encuentra en menor cantidad) con un solvente (la especie que está en mayor cantidad y que disuelve al soluto). El aire, el agua de mar y la tierra, son mezclas y de ellas es solución ¿Cuál es?

SOLUCIONES  La solución es la mezcla que esta constituida por dos o más componentes y que se encuentra en estado líquido. Por ejemplo : El agua de mar es una mezcla que se forma por la combinación de agua y de sales de Na, K, Mg y Ca, en una concentración del 3.5 %.

SOLUCIONES  Eso significa que vivimos en un planeta compuesto por enormes cantidades de solución acuosa. En la solución , el solvente es la fracción líquida y el soluto es lo que se disuelve , por ejemplo: la sal (NaCl) en el agua de mar , el alcohol (Etanol) en la cerveza y el gas (CO2) en los refrescos.

SOLUCIONES  El solvente común en las tres soluciones es el agua, que por su abundancia e importancia, se le conoce como "solvente universal" .   Para referirnos al estado físico de los componentes se usa la expresión soluto-solvente ; que puede ser sólido - liquido (S/L), líquido - liquido (L/L) o gas -líquido (G/L), siendo en todos los casos , el solvente, el denominador de la expresión .

Solución Soluto Solvente (H2O) Solución Soluto

Molécula de Agua

Puentes de Hidrógeno

CARACTERÍSTICAS Las características principales para que una solución sea homogénea, son: el tamaño de partícula (del soluto) y la afinidad del soluto por el solvente. 1)Tamaño de partícula: cuando el tamaño de partícula es pequeño (< 1nm) , es decir , los solutos son moléculas de bajo peso molecular (como sales y azucares).

“lo semejante disuelve lo semejante” CARACTERÍSTICAS 2) Afinidad del soluto por el solvente: dependiendo de la polaridad de las moléculas de soluto y de solvente se tienen fuerzas de atracción que favorecen la solubilización del soluto. bajo el principio de : “lo semejante disuelve lo semejante”  

AFINIDAD soluto solvente ejemplo Ionico (NaCl) Polar (agua)   soluto solvente ejemplo Ionico (NaCl) Polar (agua) Agua de mar (azúcar) Limonada No Polar (grasa) (gasolina) Pinturas

Solución y sus componentes Una solución es una mezcla homogénea compuesta por un soluto disuelto en un solvente. El soluto es el componente presente en menor cantidad. El solvente es el componente presente en mayor cantidad. Por ejemplo, una cuchara de azúcar disuelta en un vaso de agua forma una solución acuosa en donde el azúcar es el soluto y el agua el solvente o disolvente. Se da el nombre de solución acuosa a toda solución en donde el solvente es el agua.

. El soluto y el solvente en una solución pueden existir como moléculas o como iones. Por ejemplo, cuando el azúcar se disuelve en agua, el azúcar entra en la solución en forma de moléculas. Cuando el cloruro de sodio se disuelve en agua se separa en iones cloruro y iones sodio. En ambos casos tanto las moléculas como los iones del soluto están rodeados por moléculas de agua en la solución

Solubilidad

Proceso de solvatación Burns, R. (1996)

solvatación

Electrolitos Una sustancia que se rompe en iones cuando se disuelve al formar una solución se conoce como electrolito y es capaz e conducir la corriente eléctrica. Cuando la sustancia no se ioniza se le llama no electrolito.

Factores que afectan la solubilidad Propiedades del soluto y el solvente: Los compuestos iónicos son solubles en los solventes polares, los compuestos covalentes (no polares) son solubles en solventes no polares. “Lo semejante disuelve lo semejante” Temperatura: Soluciones de un gas en un líquido, la solubilidad disminuye con el aumento de temperatura. Soluciones de sólidos en un líquido generalmente la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura.

Factores que afectan la velocidad de disolución Tamaño de la partícula: A menor tamaño de partícula del soluto mayor velocidad de disolución. Velocidad de agitación: La velocidad de disolución del soluto aumenta por la agitación. Temperatura: A mayor temperatura mayor velocidad de disolución.

Tipos de soluciones Solución no saturada: Es aquella en donde hay menos soluto del que puede ser disuelto a una temperatura dada (diluida y concentrada). Solución Saturada: Es aquella que contiene tanto soluto como pueda ser disuelto a una temperatura dada. Solución sobresaturada: Es una solución inestable en la cual hay más soluto en solución de lo que normalmente existe a una temperatura dada. Si se realiza algún proceso de cristalización, todo el exceso del soluto se precipita, dejando una solución saturada.

Tipos de soluciones Brown, T. et al. (1991)

Soluciones

Gasolina, Hexano, Benceno, Eter, (Fuerzas de Vander Walls El soluto es IONICO (Ejem. NaCl) El soluto es POLAR (Ejem. AZUCAR) El soluto es: NO POLAR (Ejem. Grasa, manteca, Gasolina, Hexano, Benceno, Eter, Solventes no polares : Cera, Aceite, etc.) Es soluble en Es Insoluble en Agua (polar) Etc. (Fuerzas de Vander Walls Interacción gasolina (no polar) (Dipolo-Dipolo) (Ion-Dipolo) SI NO

Sólido iónico + agua  Solución iónica. que conduce la Sólido iónico + agua  Solución iónica que conduce la electricidad y se la denomina solución electrolítica Sólido molecular + agua  Solución que no conduce la electricidad y se la denomina solución no electrolítica

Solubilidad La solubilidad de una sustancia en un solvente es la concentración de su disolución saturada. Se la expresa en: g de soluto/ 100 ml de agua.

Preparación de soluciones

Preparación de soluciones

Soluciones Mezclas homogéneas de dos o más componentes. Mayor proporción  solvente Menor proporción  soluto Concentración: indica la cantidad de soluto presente en una dada cantidad de solvente o una dada cantidad de solución. Solución saturada: es una solución que no puede disolver mayores cantidades de soluto. Una solución saturada está en equilibrio con el soluto sólido. Solubilidad: concentración de soluto de la solución saturada.

Unidades de concentración % p/p o % en masa: g de soluto en 100g de solución. msto= g de soluto presentes en msoln g de solución.

Unidades de concentración Partes por millón: g de soluto en 106g de solución. msto= g de soluto presentes en mslon g de solución.

Molaridad: moles de soluto en 1 litro de solución. nsto= Nro de moles de soluto presentes en nlsoln litros de solución.

Formaridad: peso formula g de soluto en 1 litro de solución.

Molalidad: moles de soluto en 1 kg de solvente.

El proceso de disolución Puede ocurrir con reacción química o sin reacción química. Ejemplos de disolución con reacción: Entalpía de solución

Sal en H2O Metanol en H2O

Factores que afectan la solubilidad Interacciones soluto-solvente Lo semejante disuelve lo semejante

Efecto de la temperatura Compuestos iónicos

Gases

Solubilidad del gas en el solvente dado Efecto de la presión La presión no afecta la solubilidad de líquidos y sólidos pero sí la de los gases: Ley de Henry Presión del gas sobre la solución Solubilidad del gas en el solvente dado Constente de Henry ¿De qué depende?

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES

Propiedades coligativas Son aquellas propiedades físicas de las soluciones que dependen más bien de la cantidad de soluto que de su naturaleza.

Cuatro son las propiedades coligativas: Disminución de la presión de vapor Disminución del punto de congelación Aumento del punto de ebullición Presión osmótica

Disminución de la presión de vapor Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, la presión de vapor de éste en la solución disminuye. P solución < P solvente puro P = P° - P

Ley de Raoult PA = XA P°A PA : Presión de vapor del componente A XA : Fracción molar de A P°A : Presión de vapor de A puro

Para un soluto no volátil: P = P°A XB donde: P : Disminución de la presión de vapor XB : fracción molar del soluto B no volátil P°A : presión de vapor del solvente A puro

Presión de vapor del solvente Ley de Raoult para una solución ideal de un soluto en un líquido volátil. La presión de vapor ejercida por el líquido es proporcional a su fracción molar en la solución. P° solvente Presión de vapor del solvente X disolvente 1 1 X soluto

... aplicación Calcule el descenso de la presión de vapor de agua, cuando se disuelven 5.67 g de glucosa, C6H12O6, en 25.2 g de agua a 25°C. La presión de vapor de agua a 25°C es 23.8 mm Hg ¿Cuál es la presión de vapor de la solución?

... aplicación El naftaleno C10H8, se utiliza para hacer bolas para combatir la polilla. Suponga una solución que se hace disolviendo 0,515 g de naftaleno en 60,8 g de cloroformo CHCl3, calcule el descenso de la presión de vapor del cloroformo a 20°C en presencia del naftaleno. La p de v del cloroformo a 20°C es 156 mm Hg. Se puede suponer que el naftaleno es no volátil comparado con el cloroformo. ¿Cuál es la presión de vapor de la solución?

Para una solución ideal: Si los componentes son los líquidos A y B: Psolución = P°A XA + P°B XB Psolución : Presión de la solución ideal P°A y P°B : Presiones de vapor de A y B puros XA y XB : Fracciones molares de A y B

Ley de Raoult para una solución ideal de dos componentes volátiles. Izquierda: B puro Derecha: A puro P total = PA + PB P°B PB Presión de vapor P°A PA 1 XB 1 XA

... aplicación Una solución líquida consiste en 0,35 fracciones mol de dibromuro de etileno, C2H4Br2, y 0,65 fracciones mol de dibromuro de propileno, C3H6Br2. Ambos son líquidos volátiles; sus presiones de vapor a 85°C son 173 mm Hg y 127 mm Hg, respectivamente. Calcule la presión de vapor total de la solución.

DIAGRAMA PUNTO FUSIÓN Y PUNTO EBULLICIÓN SOLVENTE PURO - SOLUCIÓN 760 Líquido Sólido (torr) Presión de vapor del solvente Solvente puro Solución Gas Tf solución Te solución Tf solvente puro Te solvente puro Tf Te Temperatura (°C)

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, el punto de congelación de éste disminuye. Pto. Cong. solución < Pto. Cong. solvente puro

Tf = Tf solvente - Tf solución Tf = Kf • m Donde: Tf = Disminución del punto de congelación Kf = Constante molal de descenso del punto de congelación m = molalidad de la solución Tf = Tf solvente - Tf solución

AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, el punto de ebullición de éste aumenta. Pto. Eb. ss > Pto. Eb. solvente puro

Te = Te solución - Te solvente Te = Ke • m Donde: Te = Aumento del punto de ebullición Ke = Constante molal de elevación del punto de ebullición m = molalidad de la solución Te = Te solución - Te solvente

Algunas propiedades de disolventes comunes I Solvente Pe (°C) Kb (°C/m) Pf(°C) Kf (°C/m) Agua 100,0 0,512 0,0 1,86 Benceno 80,1 2,53 5,48 5,12 Alcanfor 207,42 5,61 178,4 40,00 Fenol 182,0 3,56 43,0 7,40 Ac. Acético 118,1 3,07 16,6 3,90 CCl4 76,8 5,02 - 22,3 29,8 Etanol 78,4 1,22 - 114,6 1,99

... aplicación Una solución acuosa de glucosa es 0.0222 m ¿cuáles son el punto de ebullición y el punto de congelación de esta solución? ¿Cuántos gramos de etilenglicol, CH2OHCH2OH, se deben adicionar a 37.8 g de agua para dar un punto de congelación de -0.150°C? Se disolvió una muestra de 0.205 g de fósforo blanco en 25.0 g de CS2 Se encontró que la elevación del punto de ebullición de la solución de CS2 fue 0.159°C. Cuál es el peso molecular del fósforo en solución? ¿cuál es la fórmula del fósforo molecular?

PRESIÓN OSMÓTICA  > P Agua pura Disolución Osmosis Normal

PRESIÓN OSMÓTICA P P >  Agua pura Disolución Osmosis inversa

Se define la presión osmótica como el proceso, por el que el disolvente pasa a través de una membrana semipermeable, y se expresa como:  = n R T V R= 0.0821 atm L / (mol K) Como n/V es molaridad (M), entonces:  = M • R • T

Ejercicios Una disolución contiene 1 g de hemoglobina disuelto en suficiente agua para formar 100 mL de disolución. La presión osmótica a 20ºC es 2.72 mm Hg. Calcular: a) La molaridad de la hemoglobina. b) La masa molecular de la hemoglobina.

Ejercicios ¿Qué presión osmótica ejercerá una solución de urea (NH2CONH2) en agua al 1%, a 20ºC?. Considere que 1000 g corresponde aproximadamente a 1 L de solución. ¿Qué concentración en g/L habría de tener una solución de anilina en agua, para que su presión osmótica a 18ºC sea de 750 mm Hg? (PM= 93.12)

Propiedades Coligativas de los electrolitos Un electrolito es una sustancia que disuelta en agua conduce la corriente electrica. (son electrolitos aquellas sustancias conocidas como ácidos, bases y sales). Para las disoluciones acuosas de electrolitos es necesario introducir en las ecuaciones, el factor i

Ejemplo Estimar los puntos de congelación de las disoluciones 0.20 molal de: a) KNO3 b) MgSO4 c) Cr(NO3)3 El punto de congelación del HF 0.20 m es -0.38ºC. ¿estará disociado o no?

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