SOLUCIONES QUIMICAS
Soluciones (o disoluciones) químicas
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. Esto último
significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta
en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.
Una solución que contiene agua como solvente se llama solución
acuosa.
Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarse que en
cualquier parte de ella su composición es constante.
Entonces, reiterando, llamaremos solución o disolución a las mezclas homogéneas que se encuentran en fase líquida. Es decir, 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.
Entonces, reiterando, llamaremos solución o disolución a las mezclas homogéneas que se encuentran en fase líquida. Es decir, 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.
Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se
consideran como soluciones.
Las soluciones son distintas de los coloides y de
las suspensiones en que las partículas del soluto son de
tamaño molecular y están dispersas uniformemente entre las moléculas del
solvente.
Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el
agua
Características de las soluciones (o disoluciones):
I) Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como
decantación, filtración, centrifugación, etc.
II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización,
cromatografía.
III) Los componentes de una solución son soluto y solvente.
soluto es aquel componente que se
encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser
sólido, líquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dióxido de
carbono se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar se puede utilizar
como un soluto disuelto en líquidos (agua).
solvente es aquel 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. Aunque un
solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua.(Ver: El agua como solvente).
IV) En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel
de sus componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter
homogéneo de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por
métodos mecánicos.
Mayor o menor concentración
Ya dijimos que las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo
tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente
la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se
utiliza una magnitud denominada concentración.
Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican
en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas.
Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña. Ejemplo:
una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua.
Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande.
Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de
agua.
Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada
temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36
gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C.
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.
Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una
temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos
rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una
botella de refresco gaseoso.
Modo de expresar las concentraciones
Ya sabemos que 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
enunidades 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:
a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos
de soluto) / (100 gramos de solución)
b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc
de soluto) / (100 cc de solución)
c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de
soluto)/ (100 cc de solución)
a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada
100 unidades de peso de la solución.
b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al
volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.
c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.
Ejercicio:
Se tiene un litro de solución al 37%. ¿Cuántos litros de agua se tienen que
agregar para que quede al 4%?
Resolvamos:
El problema no indica las unidades físicas de
concentración. Se supondrá que están expresadas en % P/V.
Datos que conocemos: V = volumen, C= concentración
V1 = 1 litro
C1 = 37%
37% P/V = significa que hay 37 gramos de
soluto en 100 ml de solución (solución = soluto + solvente).
C2 = 4%
V2 = ¿?
Regla para calcular disoluciones o concentraciones
V1 • C1 =
V2 • C2
Puede expresarse en: % P/V
Reemplazando los datos que se tienen del problema, se obtiene:
Entonces, si tenemos un litro de solución al 37%; para obtener una solución al 4% es necesario tener un volumen de 9,25 litros; por lo tanto, para saber cuantos litros de agua hay que agregar al litro inicial, hacemos:
V2 – V1
= Volumen de agua agregado
9,25 –
1 = 8,25 litros
Respuesta: Se deben agregar 8,25 litros de agua
Unidades químicas de
concentración
Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas
con unidades químicas, como son:
a) Fracción molar
b) Molaridad M = (número de moles de soluto) / (1 litro de
solución)
c) Molalidad m = (número de moles de soluto) / (1 kilo de
solvente)
a) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre los moles
de un componente (ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales
presentes en la solución.
Ejercicio:
Se agregan 3 gramos de sal en una cacerola con 4 litros de agua ¿cuál es la
concentración de sal?, o dicho de otra forma ¿cuál es la concentración de la solución?
Calcular la fracción molar de solvente y de soluto: Recordemos que la
fracción molar expresa la concentración de una solución en Moles de Soluto o de
Solvente por Moles Totales de la Solución.
Solvente: agua (H2O)
Soluto: sal (NaCl)
Datos que conocemos: 3 gramos de soluto y 4.000 cm3 (4
litros) de solvente.
Con estos datos debemos resolver el problema, calculando 4 valores
significativos: moles de solvente, moles de soluto, fracción molar de
solvente y fracción molar de soluto.
Para el agua, se conoce su masa molar = M(H2O) = 18 g/mol (1 mol
de H2O contiene 18 g, formados por 2 g de H y 16 g de O).
Averiguar cuántos moles de solvente H2O) tenemos:
Para la sal (NaCl) su masa molar = M(NaCl) = 58,5 g/mol (1 mol de sal equivale a 58,5 g, formados por 23 g de Na y 35,5 g de Cl)
Averiguar cuántos moles de soluto tenemos:
Ahora que conocemos la cantidad de moles de solvente y la cantidad de moles
de soluto, podemos calcular las fracciones molares de solvente y de soluto:
Fracción molar del solvente = Xsolvente
Fracción molar del solvente (agua) = 0,99977
Fracción molar del soluto= Xsoluto
Fracción molar del soluto= 0,00023
Pero sabemos que:
Entonces: 0,99977 + 0,00023 = 1
b) Molaridad (M): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de
solución. Una solución 4 molar (4 M) es aquella que contiene cuatro
moles de soluto por litro de solución.
Ejercicio:
¿Cuál será la molaridad de una solución que contiene 64 g
de Metanol (masa molar del metanol 32 gr/mol) en 500 ml de solución?
Datos conocidos: metanol 64 g
Masa molar del metanol: 32 g/mol
Masa de la solución: 500 ml (0,5 litro)
Primero calculamos la cantidad de moles que hay en 64 g de metanol.
Si un mol de metanol equivale a 32 g, 64 g equivalen a 2 moles
(64/32=2)
Aplicamos la fórmula:
Respuesta: 4 molar
c) Molalidad
En primer lugar debemos advertir que molalidad no es lo
mismo que molaridad por lo cual debemos evitar confundirlas
puesto que el nombre es muy parecido pero en realidad cambian mucho los
cálculos, y es un grave error pero muy frecuente.
En la molalidad relacionamos la molaridad del
soluto con el que estamos trabajando con la masa del
disolvente (en kg) que utilizamos.
La definición de molalidad es la siguiente:
Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de disolvente
(m)
Solubilidad
En química, la solubilidad mide la capacidad de una determinada sustancia
para disolverse en un líquido.
Algunos líquidos, tales como agua y alcohol, pueden ser disueltos en
cualquier proporción en otro solvente. Sin embargo, el azúcar tiene un límite
de solubilidad ya que al agregar cierta cantidad adicional en una solución está
dejará de solubilizarse, llamándose a esta solución saturada.
Es la proporción en que una cantidad determinada de una sustancia se
disolverá en una cantidad determinada de un líquido, a una temperatura dada.
En términos generales, es la facilidad con que un sólido puede mezclarse
homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química.
Concepto
La solubilidad es la mayor cantidad de soluto (gramos de
sustancia) que se puede disolver en 100 gramos (g). de disolvente a una
temperatura fija, para formar una disolución saturada en cierta cantidad de
disolvente.
Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con
el fin de poder comparar la capacidad que tiene un disolvente para disolver un
producto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre de solubilidad.
La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una
sustancia sólida no es ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de
disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolución no admite más
soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice
entonces que está saturada.
Pues bien, la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente
determinado es la concentración que corresponde al estado de saturación a una
temperatura dada.
Las solubilidades de sólidos en líquidos varían mucho de unos sistemas a
otros. Así a 20º C la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M
(molar) y en alcohol etílico (C2H6O), a esa misma
temperatura, es 0,009 M (molar). Cuando la solubilidad es superior a 0,1 M
(molar) se suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente
considerado; por debajo de 0,1 M (molar) se considera como poco soluble o
incluso como insoluble si se aleja bastante de este valor de referencia.
La solubilidad depende de la temperatura; de ahí que su valor vaya siempre
acompañado del de la temperatura de trabajo. En la mayor parte de los casos, la
solubilidad aumenta al aumentar la temperatura.
Factores que determinan la solubilidad
Solubilidad en líquidos: al elevar la temperatura aumenta la solubilidad
del soluto gas en el líquido debido al aumento de choques entre moléculas
contra la superficie del líquido. También ocurre lo mismo con la presión.
Solubilidad de líquidos en líquidos: Al aumentar la temperatura aumenta
la solubilidad de líquidos en líquidos. En este caso la solubilidad no se ve
afectada por la presión.
Solubilidad de sólidos en líquidos: la variación de solubilidad está
relacionada con el calor absorbido o desprendido durante el proceso de
disolución. Si durante el proceso de disolución se absorbe calor la solubilidad
crece con el aumento de la temperatura, y por el contrario, si se desprende
calor durante el proceso de disolución, la solubilidad disminuye con la
elevación de temperatura. La presión no afecta a la solubilidad en este caso.
Unidades de medida
Puesto que la solubilidad es la máxima concentración que puede alcanzar un
soluto, se medirá en las mismas unidades que la concentración.
Es habitual medirla en gramos de soluto por litro de disolución (g/l) o en
gramos de soluto por cada 100 cc de disolución (%).
Aunque la unidad de medida se parezca a la de la densidad, no es una medida
de densidad. En la densidad, masa y volumen se refieren al mismo cuerpo. En la
solubilidad, la masa es de soluto y el volumen es de la disolución, de la
mezcla de soluto y disolvente.
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