QUIMICA - 4º año Profesor Oscar Daniel Alarcón

DISOLUCIONES Introducción: Si salimos de la categoría de dispersiones coloidales (sistemas heterogéneos), entramos en la de soluciones verdaderas, que son mezclas de dos o más componentes que no pueden filtrarse ni sedimentar debido al mínimo tamaño de sus partículas. Los coloides tienen 10 9-103 átomos por partícula y dan efecto Tyndall positivo. Las SV dan Tyndall negativo.

SOLUCIÓN VERDADERA (SV): Definimos como SV a la mezcla homogénea (siempre hay una sola fase) de 2 o más componentes. Las partículas en solución son muy pequeñas (menos de 10 3 átomos por partícula). Los componentes de una solución son: -

SOLUTO: componente que se encuentra en menor proporción (contenido).

-

SOLVENTE: componente que se encuentra en mayor proporción (continente). Es el componente que permanece en el mismo estado que la disolución.

Vamos a estudiar las SV en las que el AGUA es el solvente; el agua tiene una molécula pequeña y muy polar capaz de penetrar a los pequeños recovecos (intersticios) de una red cristalina iónica para disolverla con gran facilidad. Por este motivo se lo considera el SOLVENTE UNIVERSAL (todo lo que toca el agua queda disuelto en ella) aunque esto no es del todo cierto. Las variables más importantes que deben considerarse al hablar de disoluciones son:   

Masas de soluto, solvente y disolución permite hacer cálculos de concentración. Volumen de solvente y de disolución permite hacer cálculos de concentración. Densidad (sobre todo de la disolución) ya que permite transformar la concentración masa en masa (%P/P) en masa en volumen (%P/V).

El agua es el mejor de los solventes. Puede disolver con facilidad sustancias iónicas y algunas sustancias moleculares como glucosa 1 o alcohol.

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SOLVATACIÓN: Es el mecanismo a través del cual un soluto es disuelto por el solvente; cuando el solvente es agua se denomina hidratación. La solvatación (hidratación) se produce cuando las moléculas de agua (pequeñas), se meten en los pequeños huecos o intersticios de la red cristalina del soluto iónico, la desorganizan y generan un efecto envolvente sobre los iones (una especie de película de agua). El agua debilita el enlace entre los iones, arranca las moléculas del cristal y orienta su zona negativa (oxígeno) hacia el catión y su zona positiva (hidrógeno) hacia el anión, generando la partícula disuelta.

RED CRISTALINA

AGUA

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SOLUBILIDAD: Cualitativamente es la tendencia que tiene un soluto a disolverse en determinado solvente y a determinada temperatura. Cuando cambia el solvente se modifica su solubilidad. Se puede definir matemáticamente (aspecto cuantitativo): como la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en 100 g solvente, o sea, cuando se está por saturar (sin llegar a hacerlo). Hay un número (tabulado) que determina la solubilidad a una determinada temperatura. Su valor expresa la solubilidad del soluto en ese disolvente a esa temperatura.

¿Qué parámetros intervienen sobre la SOLUBILIDAD? Se ve afectada por: 

TEMPERATURA: no todos los solutos son solubles de la misma manera a la misma temperatura

A mayor T mayor Solubilidad Temperatura no influye La T aumenta hasta un punto. Si sigue aumentando, la solubilidad disminuye

Solubilidad

Temperatura



MODO DE AGREGACIÓN DEL SOLUTO y EL SOLVENTE: la forma de preparación debe ser lenta, agitando para permitir una mejor solvatación de los solutos, aumentando la temperatura (cuando sea necesario) y no superando los límites de saturación. Debe llegarse hasta hacer una papilla (soluto bien hidratado), luego es mucho más fácil que se disuelva. Es mejor que el soluto esté finamente dividido (ya que implica un aumento de la superficie de contacto soluto-solvente). Si esto no se lleva a cabo lentamente se puede producir una SOBRESATURACIÓN en que la solución pareciera ser una mezcla con dos o más fases (se da un equilibrio falso, reversible, ya que agitando se favorece la hidratación.



NATURALEZA DEL SOLUTO: cada soluto tiene una solubilidad diferente para cada disolvente.



PRESIÓN: afecta fundamentalmente cuando el soluto es gaseoso (ayuda a su disolución).

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CONCENTRACIÓN: Es muy importante al hablar de disoluciones hacer referencia a la CONCENTRACIÓN; la misma relaciona las proporciones de soluto y solvente o disolución. Puede expresarse cualitativa y cuantitativamente: * EXPRESIÓN CUALITATIVA: Las soluciones pueden ser CONCENTRADAS o DILUIDAS; son concentradas aquellas que tienen una proporción de soluto elevada, y son diluidas las que tienen una elevada proporción de disolvente. EJ: jugos de naranja que hay que agregar agua o soda para poder beberlos. * EXPRESIÓN CUANTITATIVA: se detalla numéricamente la proporción en que se mezclan los componentes.

Se puede expresar en:

      

% m/m (porcentaje masa en masa).......:

g sto/ 100 g sol

% m/v (porcentaje más en volumen).....:

g sto/ 100 ml sol

% v/v (porcentaje volumen en volumen).: ml sto/ 100 ml sol M (molaridad).........................:

n sto/ l sol

m (molalidad).........................:

n sto/ kg ste

N (normalidad)........................:

equivalentes sto/ l sol

X (fracciones molares) n sto

Xsto=

n ste Xste=

sto + n ste

n sto+ n ste Xsto + X ste = 1

PROPIEDADES DE COLIGATIVAS: El disolvente tiene sus propiedades y cada soluto las suyas; pero al mezclarlos en la solución surgen propiedades nuevas, distintas a las del solvente Y soluto por separado. Algunas de éstas se conocen como PROPIEDADES COLIGATIVAS y son atributos de las disoluciones que dependen del

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número de partículas disueltas y no de la naturaleza del soluto. Éstas permiten explicar cómo van cambiando las propiedades (densidad, T de ebullición, etc). * DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR: al agregar soluto la presión de vapor en la superficie de la solución disminuirá proporcionalmente al incremento de la cantidad de partículas añadidas. Así por ejemplo, cuanto más partículas disueltas haya, menor será la presión de vapor, porque cada partícula “secuestrará” solvente para ser solvatada. * ASCENSO EBULLOSCÓPICO: la temperatura a la que hierva la solución va a ser más elevada que la del solvente solo; la T de ebullición se define como la T a la cual la presión de vapor del líquido iguala a la P atmosférica. Allí un rosario de burbujas se dispara desde el fondo del liquido que se está calentando y genera una turbulencia en la superficie. El líquido hierve. Al agregar un soluto, necesitaremos calentar la solución a una temperatura mayor que la de ebullición del solvente; así lograremos que las presiones (de vapor y atmosférica) se igualen. * DESCENSO CRIOSCÓPICO: cuanto mayor sea la cantidad de partículas disueltas, más va a demorar el agua para solidificarse, es decir, menor será la temperatura necesaria para la solidificación. Por ejemplo, el agua congela a 0 °C, el agua con sal lo hace a T < 0. * PRESIÓN OSMÓTICA: presión que se da a través de una membrana semipermeable (sólo pasa el agua, no el soluto) es la presión ejercida por el solvente, al pasar del lado de la solución, esto cesará cuando se igualen las concentraciones.

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