ANTES DE COMENZAR VEAMOS QUE SABES…

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GUIA DE ESTUDIO Y DE EJERCITACIÓN DISOLUCIONES QUÍMICAS

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PROPIEDADES GENERALES DE LAS SOLUCIONES

La mayoría de las sustancias que podemos identificar en nuestro entorno no se encuentran puras, sino en forma de mezclas de dos o más componentes, ya sean líquidos, sólidos o gaseosos, desde el aire que respiramos, hasta la mayoría de los materiales con que están confeccionados los objetos que usamos a diario. Por eso es tan importante estudiarlas. En esta lección conocerás qué son las disoluciones, cuáles son sus características y principales propiedades, y cómo clasificarlas según la cantidad de cada uno de sus componentes

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Las mezclas, a diferencia de las sustancias puras, están formadas por dos o más componentes y se dividen de la siguiente forma:

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Las disoluciones químicas son mezclas homogéneas, por lo tanto, corresponden a la mezcla de dos o más sustancias con una composición uniforme.

La explicación del proceso de disolución se fundamenta en las interacciones que se establecen entre soluto y disolvente y que son conocidas como fuerzas intermoleculares. Recordemos…

¿Qué son las fuerzas intermoleculares? Las fuerzas intermoleculares son fuerzas electrostáticas que se establecen entre las moléculas y son las que determinan en qué estado se va a encontrar una sustancia, además de otras propiedades macroscópicas de la materia como la temperatura de fusión o ebullición, la solubilidad, etc. Las fuerzas intermoleculares se pueden separar en tres tipos principalmente, según la naturaleza de las moléculas presentes en el compuesto, como se muestra en el siguiente diagrama

Por lo general, se puede decir que en forma relativa las fuerzas ion−dipolo son más fuertes

que las de puente de hidrogeno y a su vez, estas son más fuertes que las de Van der Waals.

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El proceso de disolución La disolución es el proceso donde las partículas de soluto se dispersan de manera homogénea en el interior del disolvente. Para que este proceso ocurra, es necesario que las fuerzas intermoleculares que se establecen entre el soluto y el disolvente sean mayores que las fuerzas que mantienen unidas entre sí a las moléculas de cada uno de ellos (soluto y disolvente) de manera independiente. Un ejemplo común es la interacción ion−dipolo que se produce cuando mezclamos agua con sal de

mesa (NaCl). A continuación, te mostramos gráficamente como ocurre el proceso.

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El soluto y su efecto en la disolución Las disoluciones químicas tienen propiedades que dependen de la naturaleza del soluto y otras que son independientes de él. Entre las que dependen de la naturaleza del soluto tenemos el color, el sabor y las propiedades electrolíticas. Las propiedades electrolíticas son aquellas relacionadas con la conductividad eléctrica, es decir, la capacidad de un material para permitir el paso de la corriente eléctrica a través de él. El agua pura no tiene la capacidad de conducir la corriente eléctrica, a diferencia de muchas disoluciones acuosas que si, por lo tanto, podemos deducir que la conductividad de la disolución acuosa dependerá del soluto disuelto, es decir, será este el que determinara si la mezcla es conductora o no. Un soluto que genera una solución acuosa capaz de conducir la corriente eléctrica se conoce como electrolito.

Las disoluciones se pueden clasificar según el estado en que se encuentren tanto el soluto como el disolvente. Por regla general, la disolución se encontrara en el estado en que este el componente mayoritario. A continuación, te describimos las principales clases de disoluciones.

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DISOLUCIONES SÓLIDAS Compuestas por sólidos o líquidos disueltos en un sólido. Las disoluciones solido−solido tienen una amplia aplicación industrial, ya que las mezclas pueden tener mejores propiedades que los materiales puros. Ejemplo de ello es el acero, que es la unión entre hierro (disolvente) y carbono (soluto) en forma predominante, aunque también contiene otros minerales en menores proporciones. La variación en la cantidad de carbono puede generar aceros con diferentes propiedades. Otro ejemplo de disoluciones solido−solido son las que generan algunos plásticos de uso cotidiano, los cuales son producto de la mezcla de diferentes materiales con el fin de obtener mejores propiedades mecánicas como flexibilidad o rigidez, resistencia a cambios de temperatura, etc.

DISOLUCIONES LÍQUIDAS En este tipo de disoluciones el disolvente es un líquido y el soluto puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso. El mar es un ejemplo de disolución solido− liquido, ya que está compuesto por agua y varias sales minerales disueltas en el. Cuando el soluto está en estado liquido como, por ejemplo, cuando mezclamos agua con vinagre para aliñar la ensalada, se llama disolución liquido−liquido. Y si el soluto está en estado gaseoso como sucede en las bebidas gaseosas cuando están cerradas y no podemos distinguir sus componentes, se denomina disolución gas−liquido. Cuando el disolvente es agua, la mezcla se llama disolución acuosa.

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La solubilidad es la medida máxima de soluto que se puede disolver en un disolvente dado. Por ejemplo, decimos que la solubilidad del azúcar (sacarosa) en agua es aproximadamente 200 g de sacarosa/100 g de agua a 25 °C. Esto significa que en 100 g de agua, aproximadamente 100 mL, se pueden disolver hasta 200 g de azúcar a una temperatura de 25 °C. Las disoluciones se pueden clasificar según su contenido de soluto en tres grupos:

Factores que afectan la solubilidad

Existen diferentes factores internos y externos que afectan la solubilidad de un soluto en un disolvente. A continuación, estudiaremos algunos de ellos. El factor interno principal es la interacción soluto−disolvente, la cual está dada por la naturaleza del soluto y del disolvente. Como vimos anteriormente, en el proceso de disolución, las moléculas de disolvente tienen que rodear a las moléculas de soluto para romper las fuerzas que las mantienen unidas entre si y así lograr separarlas. Por regla general se dice que “lo semejante disuelve lo semejante”, lo que significa que un disolvente polar va a disolver sustancias polares y un disolvente apolar disolverá sustancias apolares.

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Antes de hablar de los factores externos que afectan la solubilidad, es necesario definir dos términos que se emplean cuando se preparan disoluciones liquido−liquido, para determinar la solubilidad del soluto con respecto al disolvente.

Entre los factores externos que afectan la solubilidad hablaremos principalmente de tres: agitación, temperatura y presión.

Agitación Disolver un sólido es un proceso lento que requiere que las moléculas del disolvente viajen hasta la superficie del soluto, interaccionen y vuelvan al interior de la disolución con moléculas de soluto. La agitación es un proceso mecánico para aumentar la movilidad de las moléculas dentro de la disolución, facilitando así el transporte de las moléculas de disolvente a la superficie y también haciendo que las moléculas de soluto que se encuentran en la cercanía del solido viajen más rápidamente hacia el interior de la disolución. La agitación no aumenta la solubilidad como tal, pero si disminuye el tiempo que demora un sólido en disolverse en un disolvente determinado. Es decir, hace que el proceso sea más rápido.

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Temperatura Al aumentar la temperatura en una disolución acuosa, las moléculas empiezan a moverse mas rápidamente, lo que hace que la solubilidad de la mayoría de los solutos sólidos y líquidos aumente. Si observas el grafico A, veras, por ejemplo, que la solubilidad del nitrato de potasio aumenta rápidamente con el incremento de la temperatura. Por el contrario, si observas el grafico B, te darás cuenta de que en las disoluciones gas−liquido, al aumentar la temperatura, la solubilidad de los gases disminuye. Esto se debe al mismo efecto: al aumentar la velocidad de las moléculas de gas, estas saldrán más rápido a la superficie, disminuyendo la cantidad de gas en la disolución. Por esta dependencia que existe entre temperatura y solubilidad, los valores de solubilidad siempre van acompañados de la temperatura a la que se midieron.

Presión La presión es otro de los factores que afecta la solubilidad. Esta influencia no se aprecia cuando el soluto es un líquido o un sólido, pues varia tan poco que no se considera. Pero en el caso de los solutos gaseosos, la variación en la presión generada sobre una disolución afecta significativamente la solubilidad. Esto se debe a que al aumentar la presión, aumenta la velocidad del movimiento de las moléculas del gas, haciendo que la mayoría de ellas choque con la superficie de la disolución y queden atrapadas dentro, aumentando la solubilidad del gas en el líquido. Cuando un recipiente se encuentra cerrado, sin incremento de la presión, la misma cantidad de moléculas que entra a la disolución sale de ella, así que se considera que no hay cambio en la cantidad disuelta.

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PRACTIQUEMOS UN POCO TOMANDO LAS PRECAUCIONES DESDE TU CASA