Soluciones

Mezclas Una mezcla está formada por la

unión de sustancias en cantidades variables y que no se encuentran químicamente combinadas.

Por lo tanto, una mezcla no tiene un conjunto de propiedades únicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades específicas.

Las mezclas están compuestas por una sustancia, que es el medio, en el que se encuentran una o más sustancias en menor proporción. Se llama fase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que están en él.

Características de las Mezclas

Clasificación de las mezclas

De acuerdo al tamaño de las partículas de la fase dispersa, las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

Mezclas homogéneas Las mezclas homogéneas son

aquellas cuyos componentes no son identificables a simple vista, es decir, se aprecia una sola fase física (monofásicas). Ejemplo: aire, agua potable.

Mezclas heterogéneas Las mezclas heterogéneas son aquellas

cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista, apreciándose más de una fase física. Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite.

Las mezclas heterogéneas se pueden agrupar en: Emulsiones, suspensiones y coloides.

Mezclas heterogéneas Emulsiones: Conformada por 2 fases líquidas

inmiscibles. Ejemplo: agua y aceite, leche, mayonesa.

Suspensiones: Conformada por una fase sólida insoluble en la fase dispersante líquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento.

Coloides o soles: Es un sistema heterogéneo en donde el sistema disperso puede ser observado a través de un ultramicroscopio.

Soluciones Químicas

Son mezclas homogéneas (una fase) que contienen dos o más tipos de sustancias denominadas soluto y solvente; que se mezclan en proporciones variables; sin cambio alguno en su composición, es decir no existe reacción química.

Soluto + Solvente → Solución

Soluto Es la sustancia que se disuelve, dispersa o

solubiliza y siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en peso o volumen.

En una solución pueden haber varios solutos. A la naturaleza del soluto se deben el color, el

olor, el sabor y la conductividad eléctrica de las disoluciones.

El soluto da el nombre a la solución.

Solvente o disolvente Es la sustancia que disuelve o dispersa al soluto y

generalmente se encuentra en mayor proporción. Existen solventes polares (agua, alcohol etílico y

amoníaco) y no polares (benceno, éter, tetracloruro de carbono).

En las soluciones líquidas se toma como solvente universal al agua debido a su alta polaridad.

El solvente da el aspecto físico de la solución.

CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN La relación entre la cantidad de sustancia

disuelta (soluto) y la cantidad de disolvente se conoce como concentración.

Esta relación se expresa cuantitativamente en forma de unidades físicas y unidades químicas, debiendo considerarse la densidad y el peso molecular del soluto.

Concentración en Unidades Físicas Porcentaje masa en masa (% m/m o

% p/p): Indica la masa de soluto en gramos, presente en 100 gramos de solución.

Xg soluto → 100g solución

%p/p= masa de soluto x 100 masa total de la solución

Ejemplo Una solución de azúcar en agua, contiene 20g de

azúcar en 70g de solvente. Expresar la solución en % p/p.

soluto + solvente → solución 20g 70g 90g

20g azúcar → 90g solución Xg azúcar → 100g solución

X = 20 * 100 = 22,22 %p/p 90

Porcentaje masa en volumen (% m/v o % p/v) Indica la masa de soluto en gramos

disuelto en 100 mL de solución.

Xg soluto → 100mL solución

%p/v= masa de soluto x 100 volumen total de la solución

Ejemplo Una solución salina contiene 30g de NaCl

en 80 mL de solución. Calcular su concentración en % p/v.

30g NaCl → 80 mL solución Xg NaCl → 100mL solución

X = 30 * 100 = 37,5 %p/v 80

Porcentaje en volumen (% v/v) Indica el volumen de soluto, en mL,

presente en 100 mL de solución. X mL soluto → 100mL solución

%v/v= volumen de soluto x 100 volumen total de la solución

Ejemplo Calcular la concentración en volumen de una

solución alcohólica, que contiene 15 mL de alcohol disueltos en 65 mL de solución.

15 mL alcohol → 65 mL solución X mL alcohol → 100mL solución

X = 15 * 100 = 23 %v/v

65

Concentración común (g/L) Indica la masa de soluto en gramos,

presente en un litro de solución (recordar que 1 L = 1000 mL, por lo que es lo mismo decir mg/mL).

Xg soluto → 1 L o 1000 mL solución

Ejemplo Una solución de KCl contiene 10g de sal en 80 mL

de solución. Calcular su concentración en gramos por litro.

10g KCl → 80 mL solución Xg KCl → 1000 mL solución

X = 10 * 1000 = 125 g/L 80

Partes por millón (ppm) Se define como los miligramos de soluto

disueltos en 1000 mL o 1 litro de solución. Nota 1g = 1000 mg

X mg soluto → 1000 mL solución

Ejemplo Calcular la concentración en ppm de una solución que

contiene 0,85g de KNO3 disueltos en 670 mL de solución.En primer lugar se debe transformar los gramos a

miligramos, según la relación de arriba. 1 g → 1000 mg 0,85 g → X mg X = 850 mgTeniendo los miligramos calculados, es posible realizar la

regla de tres: 850 mg KNO3 → 670 mL solución X mg KNO3 → 1000 mL solución X = 1268,65 ppm

CONCENTRACIÓN EN UNIDADES QUÍMICAS

Molaridad (M): Indica el número de moles de soluto disuelto hasta formar un litro de solución.

X moL → 1L o 1000 mL solución

M = mol de soluto

V (L) solución

Ejemplo Calcular la concentración molar de una

solución disolviendo 7,2 moles de HCl en 7 litros de solución.

M = 7,2 moles KCl 7 L

M = 1,02 moL/L

7,2 moL → 7 L X moL → 1L

X= 1,02 moL

Solución 1 Solución 2

Analizando Como n = m (g)

MM (g/moL)

M = mol de soluto Reemplazando se tiene que

V (L) solución

M = m(g)

MM(g/moL) x V (L) solución

Ejemplo Calcular la concentración molar de una

solución de HCl que contiene 73 g en 500 mL de solución (Masa molar=36,5 g/moL).

M = masa (g) PM * V (L)

M = 73 (g ) = 4 M 36,5 (g/mol) * 0,5 (L)

Molaridad en función del porcentaje masa en masa: Esto quiere decir que algunas veces

podremos calcular la molaridad sólo conociendo el porcentaje masa en masa de la solución, mediante la siguiente relación:

M = % m/m x densidad solución (δ) x 10

Masa molar soluto

Ejemplo Calcular la molaridad del NaOH sabiendo

que la densidad de la solución es 0,9 g/mL y el porcentaje en masa del NaOH en la solución es 20 % m/m. La masa molar del NaOH es 40 g/moL.

M = 20 x 0,9 x 10 40 M = 4,5 moL/L

CONCENTRACIÓN EN UNIDADES QUÍMICAS

Normalidad (N): Indica el número de equivalentes de soluto en un volumen de un litro de solución.

X eq → 1L o 1000 mL solución

N =Número de equivalentes de soluto V (L) solución

El equivalente-gramo de un ácido es igual a su peso molecular dividido por la basicidad del ácido, es decir, por el número de los átomos de hidrógeno contenidos en su molécula y capaces de ser sustituidos por un metal;

El peso molecular del H3PO4 es igual a 98,00 uma, y su equivalente 98g/mol = 32,67g/mol

3 El equivalente-gramo de una baseequivalente-gramo de una base es igual a su peso

molecular dividido por la valencia del metal o del número de los grupos hidroxilos contenidos en la molécula de la base;

El peso molecular del Ca(OH)2 es igual a 74,09 uma, y su equivalente 74,09g/mol = 37,05 g/mol

2

El equivalente-gramo de una salequivalente-gramo de una sal resulta de dividir la masa de un mol por el número de cargas positivas (o el de cargas negativas) que el compuesto libere al ionizarse;

El peso molecular del Al2(SO4)3 es igual a 342,14 uma, y su equivalente 342,14g/mol = 57,02 g/mol

3 x 2

Ejemplo ¿Cuál es la normalidad de una solución que

contiene 40g de ácido sulfúrico en 600 ml de solución?

Masa Eq= 98 = 49 g/Eq 249g H2SO4 ---------- 1 Eq40g H2SO4 ---------- x=0,82 Eq

N= 0,82 Eq= 1,37 N 0,6 L

CONCENTRACIÓN EN UNIDADES QUÍMICAS

Molalidad (m): Indica el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente.

X moles → 1Kg o 1000 g disolvente

m =moles de soluto Kg de disolvente

Ejemplo Una solución de ácido clorhídrico contiene 36% en masa de

ácido clorhídrico. Calcular la molalidad de ácido clorhídrico en la solución.

Que la solución sea del 36% implica que contiene 36g de HCl en 100g de solución.

Masa de solución=masa de soluto + masa de disolvente

Masa de disolvente=masa de solución – masa de soluto

Masa de disolvente=100 – 36 = 64g

36,5g de HCl------- 1 mol36g de HCl --------- x=0,99 moles de HCl

64g de disolvente-------0,99 moles1000g de disolvente----x= 15 molal

m=0,99 moles = 15 molal 0,064Kg

CONCENTRACIÓN EN UNIDADES QUÍMICAS

Fracción molar (X): permite expresar la concentración en función de cada uno de los componentes de la solución, ya que relaciona el n° de moles de cada uno de los componentes y el n° total de moles de todas las sustancias presentes en la solución.

X =moles de un componente moles totales

Ejemplo Una solución gaseosa contiene 2g de helio

y 4g de oxígeno. ¿cuáles son las fracciones molares de helio y oxígeno en la solución?

n He= m =2 = 0,5 moles de helio Mol 4

n O2= m = 4 = 0,125 moles de oxígeno Mol 32

n totales = 0,5 + 0,125 = 0,625

Xhe = 0,5 = 0,8 0,625

Xo2 = 0,125 = 0,2 0,625

Solubilidad Se define solubilidad como la máxima cantidad de

un soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de solvente a una temperatura dada. La solubilidad depende de la temperatura, presión y naturaleza del soluto y solvente.

La solubilidad puede expresarse en:

gramos de soluto , gramos de soluto, moles de solutoLitro de solvente 100g de solvente litro de

solución

Dilución Procedimiento por el cual se disminuye la

concentración de una solución por adición de mayor cantidad de solvente.

Al agregar más solvente, se está aumentando la cantidad de solución pero la cantidad de soluto se mantiene constante

C1 x V1 = C2 x V2

Ejemplo ¿Qué volumen de HCl 18 M se necesitan

para preparar 6 litros de solución 5 M? C1 x V1 = C2 x V2

5M 6L 18M X X = 5 x 6 18 X = 1,67 M

Clasificación de las soluciones

Solución saturada: Es aquella que contiene la máxima cantidad de soluto que puede mantenerse disuelto en una determinada cantidad de solvente a una temperatura establecida.

Solución diluida (insaturada): Es aquella donde la masa de soluto disuelta con respecto a la de la solución saturada es más pequeña para la misma temperatura y masa de solvente.

Solución concentrada: Es aquella donde la cantidad de soluto disuelta es próxima a la determinada por la solubilidad a la misma temperatura.

Solución Sobresaturada: Es aquella que contiene una mayor cantidad de soluto que una solución saturada a temperatura determinada. Esta propiedad la convierte en inestable.

1. De acuerdo a la cantidad de soluto

2. De acuerdo a la conductividad eléctrica Electrolíticas: Se llaman también soluciones

iónicas y presentan una apreciable conductividad eléctrica.

Ejemplo: Soluciones acuosas de ácidos y bases, sales.

No electrolíticas: Su conductividad es prácticamente nula; no forma iones y el soluto se disgrega hasta el estado molecular.

Ejemplo: soluciones de azúcar, alcohol, glicerina.

Factores a influyen en la Solubilidad

Los solutos polares son solubles son solubles en disolventes polares y los apolares en disolventes apolares, ya que se establecen los enlaces correspondientes entre las partículas de soluto y de disolvente. Es decir lo “similar disuelve a lo similar”

Cuando un líquido es infinitamente soluble en otro líquido se dice que son miscibles, como el alcohol en agua.

1. Naturaleza del soluto y solvente

Efecto de la temperaturaSolubilidad de sólidos en líquidos: La variación de la solubilidad con la temperatura

está relacionada con el calor absorbido o desprendido durante el proceso de disolución. Si durante el proceso de disolución del sólido en el líquido se absorbe calor (proceso endotérmico), la solubilidad aumenta al elevarse la temperatura; si por el contrario se desprende calor del sistema (proceso exotérmico), la solubilidad disminuye con la elevación de la temperatura

Curvas de solubilidad

Efecto de la temperaturaSolubilidad de gases en líquidos: Al disolver un gas en un líquido,

generalmente, se desprende calor, lo que significa que un aumento de temperatura en el sistema gas-líquido, disminuye la solubilidad del gas porque el aumento de energía cinética de las moléculas gaseosas provoca colisiones con las moléculas del líquido, disminuyendo su solubilidad.

Efecto de la presiónEn sólidos y líquidos: La presión no afecta demasiado la

solubilidad de sólidos y líquidos; sin embargo, sí es muy importante en la de los gases.

En gases: La solubilidad de los gases en líquidos

es directamente proporcional a la presión del gas sobre el líquido a una temperatura dada.