13b. soluciones
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13.3 13.3 SolucionesSoluciones
Las soluciones se caracterizan por poseer dos Las soluciones se caracterizan por poseer dos tipos de componentes:tipos de componentes: solutosoluto o sustancia o sustancia disuelta, también denominada disuelta, también denominada fase dispersafase dispersa y ely el solventesolvente o o medio dispersantemedio dispersante..
Soluciones
estado fases ejemplo
Gaseoso gaseosa – gaseosa Mezclas gaseosas
Líquido líquida – gaseosa amoníaco en agua
líquida – líquida alcohol en agua
líquida – sólida agua con sal Sólido sólida – gaseosa hidrógeno en níquel
sólida – sólida cobre - oro (aleación)
Las disoluciones se forman cuando las fuerzas Las disoluciones se forman cuando las fuerzas de atracción entre el soluto y el solvente son de atracción entre el soluto y el solvente son comparables en magnitud con las que existen comparables en magnitud con las que existen entre las partículas en solución entre sí, o entre las partículas en solución entre sí, o entre las partículas del solvente.entre las partículas del solvente.
El proceso de disolución
Cuando dos o más sustancias líquidas forman una Cuando dos o más sustancias líquidas forman una solución se dice que son miscibles. Si al solución se dice que son miscibles. Si al mezclarse forman más de una fase se dice que mezclarse forman más de una fase se dice que son inmiscibles. son inmiscibles.
Miscibilidad y solubilidad
Solubilidad
La cantidad de soluto que se necesita para formar La cantidad de soluto que se necesita para formar una disolución saturada en una determinada una disolución saturada en una determinada cantidad de solvente se conoce como solubilidad cantidad de solvente se conoce como solubilidad de ese soluto.de ese soluto.
I2 + H2O I2 + CCl4KMnO4
H2O
Curvas de solubilidad
Factores que afectan la solubilidad
Interacciones soluto - solventeInteracciones soluto - solvente
Sustancias polares Sustancias polares son solubles en son solubles en solventes polares y solventes polares y las no polares son las no polares son solubles en solventes solubles en solventes no polares. Esto se no polares. Esto se expresa como:expresa como:
" lo semejante " lo semejante disuelve lo disuelve lo
semejante ".semejante ".
TemperaturaTemperatura
Para los sólidos en líquidos, generalmente un Para los sólidos en líquidos, generalmente un aumento de temperatura aumenta la solubilidad. aumento de temperatura aumenta la solubilidad. En los gases ocurre el proceso inverso. En los gases ocurre el proceso inverso.
Sólido + Líquido SoluciónSólido + Líquido Solución ∆∆H > 0H > 0
Gas + Líquido SoluciónGas + Líquido Solución ∆∆H < 0H < 0
Factores que afectan la solubilidad
PresiónPresión
La presión sólo tiene un efecto importante sobre la La presión sólo tiene un efecto importante sobre la solubilidad de los sistemas gas - líquido. solubilidad de los sistemas gas - líquido.
Factores que afectan la solubilidad
Estado de agregación o subdivisiónEstado de agregación o subdivisión
Factores que afectan la solubilidad
TemperaturaTemperatura
Factores que favorecen la solubilidad
AgitaciónAgitación
Factores que favorecen la solubilidad
Muy pocos de los materiales que se Muy pocos de los materiales que se encuentran en la vida diaria son sustancias encuentran en la vida diaria son sustancias puras; la mayoría de ellos están puras; la mayoría de ellos están constituidos de varias sustancias. constituidos de varias sustancias.
Diferentes tipos de soluciones
Al formarse una solución, se pueden presentar Al formarse una solución, se pueden presentar tres tipos de composición o dispersión de tres tipos de composición o dispersión de acuerdo con su tamaño particular:acuerdo con su tamaño particular:
soluciones verdaderas
suspensiones mecánicas
dispersiones coloidales
Diferentes tipos de soluciones
Soluciones de diferente concentración
La masa de soluto La masa de soluto contenido en una contenido en una determinada masa determinada masa de solvente o de de solvente o de un determinado un determinado volumen de volumen de solución, puede solución, puede expresarse en expresarse en forma cualitativa o forma cualitativa o cuantitativacuantitativa diluida
concentrado
Precipitado AgCl (s)
Disolución saturada: Ag+(aq) y Cl- (ac)Disolución
Ag(NH3)2+ (aq) y Cl- (ac)
CuantitativamenteCuantitativamente::
solu
ció
n
insatu
rada
solv
ente
100 g
T = 25°C
+ soluto
Son aquellas soluciones en Son aquellas soluciones en que la relación soluto - que la relación soluto - solvente está muy por solvente está muy por debajo de la capacidad de debajo de la capacidad de solución que tiene el solución que tiene el solvente.solvente.
Solución insaturadaSolución insaturada
Soluciones de diferente concentración
CuantitativamenteCuantitativamente::
Son aquellas que se Son aquellas que se encuentran en un equilibrio encuentran en un equilibrio dinámico (dinámico (⇔⇔) con el soluto ) con el soluto no disuelto. no disuelto.
+ soluto máximo
solv
ente
100 g
solu
ció
n sa
tura
da
T = 25°C
Solución saturadaSolución saturada
Soluciones de diferente concentración
so
lució
n
insa
tura
da
solv
ente
100
g
+ soluto máximo
solu
ció
n
sa
tura
da
T = 25°C T = 25°C
T =
90
°C
so
lució
n
sob
resa
tura
da
CuantitativamenteCuantitativamente::
Contienen mayor cantidad Contienen mayor cantidad de soluto del que el de soluto del que el solvente pued recibir. solvente pued recibir.
Soluciones de diferente concentración
• Porcentaje masa - masa (% m mPorcentaje masa - masa (% m m -1-1 o % m / m): o % m / m):
indica la masa de soluto disuelto en 100 gramos de indica la masa de soluto disuelto en 100 gramos de solución y se expresa como:solución y se expresa como:
Unidades de concentración
100 solución de masa
soluto de masa1%mm ×=−
• Porcentaje masa - volumen (% m vPorcentaje masa - volumen (% m v -1 -1 o % m / v): o % m / v):
indica la masa de soluto disuelto en 100 mililitros indica la masa de soluto disuelto en 100 mililitros de solución y se expresa como:de solución y se expresa como:
100 solución de vol.
soluto de masa1%mv ×=−
Unidades de concentración
• Porcentaje volumen - volumen (% v vPorcentaje volumen - volumen (% v v -1 -1 o % v / v): o % v / v):
indica el volumen en mL de soluto disuelto en 100 indica el volumen en mL de soluto disuelto en 100 mL de solución y se expresa como:mL de solución y se expresa como:
100 solución de vol.
soluto de vol.1%vv ×=−
Unidades de concentración
• Molaridad (M): Molaridad (M): es el número de moles de soluto por litro de es el número de moles de soluto por litro de
solución, se expresa como:solución, se expresa como:
solución de mL) (1000 litro 1soluto de molesM=
Unidades de concentración
• Molalidad (m): Molalidad (m): se define como el número de moles de soluto se define como el número de moles de soluto
por kilogramo de solvente, se expresa como:por kilogramo de solvente, se expresa como:
solvente de g) (1000 kg 1soluto de molesm=
Unidades de concentración
• Normalidad (Normalidad (N):N): es el número de equivalentes gramo de soluto es el número de equivalentes gramo de soluto
por litro de solución, se expresa como:por litro de solución, se expresa como:
solución de mL) (1000 litro 1soluto de g. equiv.#N=
−−+=e# o,OH#,H#
MM g. equiv.#
Unidades de concentración
• Otras relaciones matemáticas de utilidad
DiluciónDilución
Se pueden preparar soluciones de menor Se pueden preparar soluciones de menor concentración a partir de otras que contengan concentración a partir de otras que contengan mayor cantidad de soluto, a esto se le mayor cantidad de soluto, a esto se le denomina dilución. denomina dilución.
ol.2)(conc.2)(vol.1)(conc.1)(v =
2v
2c
1v
1c •=•
Unidades de concentración
• Otras relaciones matemáticas de utilidad
Conversión de Molaridad a NormalidadEEs posible relacionar estos dos conceptos de s posible relacionar estos dos conceptos de concentración.concentración.
−−+=
=
e# o OH,H#MMoequiv.gram#
solución litrooequiv.gram#N
11
solución litromolesM=
-e # ,1-OH ,1+H #
NM=NMN/1M
==
Unidades de concentración
13.413.4Propiedades Propiedades coligativascoligativas
• Dependen de la concentración de las partículas Dependen de la concentración de las partículas componentes y componentes y nono de su naturaleza. de su naturaleza.
Propiedades Coligativas
Son:Son: ↓ ↓ de la presión de vaporde la presión de vapor
↓ ↓ en el punto de congelaciónen el punto de congelación
↑ ↑ del punto de ebullición del punto de ebullición
↑ ↑ en la presión osmóticaen la presión osmótica
• Presión de vapor de las solucionesPresión de vapor de las soluciones • Los solutos no iónicos, no volátiles (por ejemplo Los solutos no iónicos, no volátiles (por ejemplo
la glucosa Cla glucosa C66HH1212OO66 o la urea (NH o la urea (NH
22))22CO) al disolverse CO) al disolverse en un solvente líquido como el agua hacen que la en un solvente líquido como el agua hacen que la presión de vapor de la solución descienda. Este presión de vapor de la solución descienda. Este fenómeno cumple con la ley de Raoult que fenómeno cumple con la ley de Raoult que establece que:establece que:
•““en soluciones diluidas la disminución de la en soluciones diluidas la disminución de la presión de vapor es proporcional a la fracción presión de vapor es proporcional a la fracción molar del soluto o en su defecto la presión de molar del soluto o en su defecto la presión de vapor de la solución es proporcional a la fracción vapor de la solución es proporcional a la fracción molar del solvente”. molar del solvente”.
Propiedades Coligativas
• La ley de Raoult se puede expresar como:La ley de Raoult se puede expresar como:
AX 0
APP=
P = presión totalP = presión total
PP0 0 = presión vapor= presión vapor
X = fracción molarX = fracción molar
aguanazucarnazucarn
soluto X +=
aguanazucarnaguan
solvente X +=
Propiedades Coligativas
• La elevación del punto de ebullición es La elevación del punto de ebullición es directamente proporcional al número de directamente proporcional al número de moles de soluto en una masa de solventemoles de soluto en una masa de solvente..
m eb
K = eb
T ×∆ KKebeb = cte ebulloscópica molal = cte ebulloscópica molal
m = molalidadm = molalidad
• El punto de congelación de una solución El punto de congelación de una solución generalmente es más bajo que el punto de generalmente es más bajo que el punto de congelación del solvente purocongelación del solvente puro..
m cK = cT ×∆KKcc = cte crioscópica molal = cte crioscópica molal
m = molalidadm = molalidad
Propiedades Coligativas
• La concentración del soluto afecta los cambios La concentración del soluto afecta los cambios en el punto de congelación y ebulliciónen el punto de congelación y ebullición..
Propiedades Coligativas
Diagrama de fases para el solvente puro y la solución
fΔT
ebΔT
• Presión osmótica y masa molar del solutoPresión osmótica y masa molar del soluto
Cuando el solvente y la solución están separados Cuando el solvente y la solución están separados por una membrana semipermeable que permite el por una membrana semipermeable que permite el paso de las moléculas del solvente, se desarrolla paso de las moléculas del solvente, se desarrolla una presión denominada una presión denominada osmóticaosmótica en la soluciónen la solución..
Propiedades Coligativas
• Diagrama de osmosis
M ∝πTR M=π
TR n = V o TR Vn ππ =
TR MMg V =π
Propiedades Coligativas
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