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SOLUCIONES • Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias en una única fase.(Sln o Dsln)

• Uno de los componentes es el disolvente y los otros el soluto

• Disolvente:(Slv) componente que está presente en mayor cantidad o que determina el estado

de Agregación en que existe la disolución

• Soluto: (STo) el que se encuentra en menor proporción

Clasificación de las soluciones

Estado de la Estado del Estado del Ejemplo

solución disolvente soluto

GAS GAS GAS AIRE

LÍQUIDO LÍQUIDO GAS O2 en H2O

LÍQUIDO LÍQUIDO LÍQUIDO ROH en H2O

LÍQUIDO LÍQUIDO SÓLIDO SAL en H2O

SÓLIDO SÓLIDO GAS H2 en Pd

SÓLIDO SÓLIDO LÍQUIDO Hg en Ag

SÓLIDO SÓLIDO SÓLIDO Ag EN Au

El estado de agregación de la solución lo da el solvente

Dependiendo de la naturaleza del soluto:

Electrolíticas

El soluto se disocia en iones, p. ej. sal

conducen la corriente eléctrica

No electrolíticas

El soluto no se disocia en iones, p. ej. azúcar

No conducen la corriente eléctrica

Dependiendo del disolvente

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•Acuosas • No acuosas

Dependiendo de la cantidad de soluto disuelto:

SATURADA INSATURADA SOBRESATURADA

PROCESO DE DISOLUCIÓN Cuando un terrón de azúcar se introduce en un vaso lleno de agua, al cabo de un tiempo

parece, a primera vista, que se ha desvanecido sin dejar rastro de su presencia en el

líquido. Esta aparente desaparición parece indicar que el fenómeno de la disolución se

produce a nivel molecular.

Solubilidad: es la capacidad de un compuesto a disolverse en un solvente adecuado

acuoso (o gaseoso). La solubilidad de un compuesto es la masa de soluto contenido

en una masa determinada de solvente .

VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN

Depende de:

1. La agitación

2. El grado de subdivisión.

3. La temperatura.

4. La presión

1. La agitación ya que habrá mayor contacto entre las partículas de soluto y de

disolvente.separa capa de liquido

2 Un aumento en el grado de subdivisión de las partículas sólidas , puesto que se

aumenta la superficie de contacto y habrá mayor exposición de partículas Sto -Slv.

3 El aumento de temperatura aumenta la energía cinética y favorece la interacción sto -

slv

4 Un aumento de presión en sistemas gaseosos solamente , aumenta el contacto de las

Partículas Sto –Slv (Ley de Henry)

La solubilidad depende:

1. Soluto (Sto) Naturaleza

2. Solvente ( Slv)

3. Factor energetico

4. Factor Desorden

1y 2 Naturaleza de Sto y Slv

«lo semejante disuelve a lo semejante».

La disolución de un sólido supone la ruptura de los enlaces de la red cristalina y la

consiguiente disgregación de sus componentes en el seno del líquido. Para que esto sea

posible es necesario que se produzca una interacción de las moléculas del disolvente

con las del soluto, que recibe el nombre genérico de solvatación o hidratación esto se

explica con el viejo aforismo de que «lo semejante disuelve a lo semejante».

3

Sí el fenómeno de la solvatación es lo suficientemente importante , dar lugar por sí solo

a la disolución del cristal . Los disolventes polares como el agua son apropiados para

solutos polares como los sólidos iónicos o los sólidos formados por moléculas con

una cierta polaridad eléctrica. Por su parte, los disolventes apolares, como el benceno

(C6H6), disuelven las sustancias apolares como las grasas.

PROCESO DE SOLVATACIÓN O HIDRATACIÓN DE LOS IONES

INTERACCIONES SOLUTO-SOLVENTE 1 Las interacciones intermoleculares ayudan al solvente polar a disolver sustancias

iónicas (NaCl en agua) unión Ion- dipolo se forman iones solvatados o

hidratados.

2 El solvente con puentes de hidrógeno disuelve sustancias que permanecen

unidas con enlaces puente de H (sacarosa en agua).

3 Solventes con fuerzas de London altas disuelven sólidos moleculares no polares

(S en S2C).

.

4

DIFERENTES INTERACCIONES STO –SLV

3 Factor energético

Cuando una sustancia sólida se sumerge en un disolvente apropiado, las moléculas (o

iones) situadas en la superficie del sólido son rodeadas por las del disolvente; este

proceso lleva consigo la liberación de una cierta cantidad de energía que se cede en

parte a la red cristalina y permite a algunas de sus partículas componentes desprenderse

de ella e incorporarse a la disolución. La repetición de este proceso produce, al cabo de

un cierto tiempo, la disolución completa del sólido. En algunos casos, la energía

liberada en el proceso de solvatación no es suficiente como para romper los enlaces en

el cristal (Energia de red cristalina) y, además, intercalar sus moléculas (o iones) entre

las del disolvente, en contra de las fuerzas moleculares de éste(fuerzas de Van der

Waals). La diferencia de energía entre el proceso de solvatación y la separación de los

iones del cristal y de las moléculas de solvente determina si los procesos de disolución

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serán endotérmicos o exotérmicos.

H1 + H2 + H3 = Hdln

+ +

Las principales interacciones que afectan la disolución de un soluto son:

soluto-soluto

¨ solvente-solvente¨ soluto-solvente

DISOLUCIÓN SERÁ EXOTÉRMICA:

Interacción soluto-solvente > soluto-soluto

solvente-solvente

1 + 2 3

DISOLUCIÓN SERÁ ENDOTÉRMICA: Interacción soluto-solvente < soluto-soluto

solvente-solvente

1 + 2 > 3

Pero como observamos en la grafica la mayoría de los procesos son endotérmicos

6

7

Para que la energía de solvatación tome un valor considerable es necesario que las

interacciones entre las moléculas del soluto y entre las del disolvente sean de la misma

naturaleza. Junto con los factores de tipo energético, como los considerados hasta

ahora, que llevan a un sistema sólido/líquido a alcanzar un estado de menor energía

potencial, otros factores determinan el que la disolución se produzca o no de forma

espontánea. Esta afirmación está respaldada por dos tipos de fenómenos: en primer

lugar la existencia de procesos de disolución que implican una absorción moderada de

energía del medio, lo cual indica que el sistema evoluciona hacia estados de mayor

energía interna; en segundo lugar sustancias apolares como el tetracloruro de carbono

(CCl4), aunque poco, se llegan a disolver en disolventes polares como el agua.El factor

que determina la espontaneidad de la disolución es el factor desorden

POR LO GENERAL:

_ En un proceso de disolución endotérmico, un aumento de temperatura aumenta la

solubilidad de la sustancia en un determinado disolvente.

_ En un proceso exotérmico un aumento de temperatura disminuye la solubilidad.

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.

4 Factor Desorden Los procesos físico-químicos están influidos, además, por el factor desorden, de modo

que tienden a evolucionar en el sentido en el que éste aumenta. La disolución, sea de

sólido en líquido, sea de líquido en líquido, aumenta el desorden molecular y por ello

está favorecida. Contrariamente, la de gases en líquidos, está dificultada por el aumento

del orden que conllevan.

Del balance final entre los efectos de ambos factores, el de energía y el de desorden,

depende el que la disolución sea o no posible.

Factor Aleatorio, este factor se refiere a la tendencia natural hacia el desorden o

entropía El factor aleatorio justifica el por qué un soluto puede disolverse en un

disolvente aún si la atracción entre sus propias partículas es más fuerte que la atracción

STO- SLV(proceso de disolución endotérmico). El aumento en el desorden del sistema

favorece la solubilidad de una sustancia. Determinara la espontaneidad del proceso.

Desorden

Desorden

orden

La solubilidad 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

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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.

• Solubilidad: máxima cantidad de un material que se disolverá en una

cantidad dada de disolvente, a una temperatura dada, para producir una

disolución estable :g sto/100 g de H2O a una temperatura dada.

• Una disolución es saturada cuando se ha disuelto de forma estable la

máxima cantidad de soluto en el disolvente. La concentración del soluto en

ese momento es igual a la solubilidad del soluto El soluto y el solvente se

encuentran en equilibrio dinámico entre sí.

• Una disolución es no saturada o insaturada cuando la cantidad de soluto

es menor que la máxima

• Una disolución es sobresaturada cuando la cantidad de soluto es mayor

que la máxima. Es inestable y se logra por calentamiento de una solución

saturada con disolución del sto depositado

.

a) b) c)

a)20 g de glucosa/100 mLde H20 Insaturada

b) Solución saturada en contacto con solido en exceso Saturada

c)300 g de glucosa/100 mLde H20 Sobresaturada

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solución sobresaturada en la que el soluto volvió a

precipitar 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 20

ºC la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M y en alcohol etílico

(C2H6O), a esa misma temperatura, es 0,009 M. Cuando la solubilidad es superior a 0,1

M se suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente considerado; por

debajo de 0,1 M se considera como poco soluble o incluso como insoluble si se aleja

bastante de este valor de referencia.

CURVAS DE SOLUBILIDAD

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. Se trata de procesos en los que el

sistema absorbe calor para apoyar con una cantidad de energía extra el fenómeno la

solvatación. En otros, sin embargo, la disolución va acompañada de una liberación de

calor y la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura

Esto se puede observar en la siguiente grafica:

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12

Disoluciones de líquidos en líquidos

Miscibilidad: representa la capacidad de un líquido para disolverse

en otro y formar una mezcla homogénea.

• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto son

semejantes, los líquidos son completamente miscibles en cualquier

proporción. Ejemplos: agua y metanol; benceno y hexano.

• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto son

muy diferentes, los líquidos son completamente inmiscibles.

Ejemplos: agua y aceite.

• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto no son

muy diferentes, los líquidos son parcialmente miscibles.

Ejemplos.

Disoluciones Gas-Liquido

Efecto de la presión : Ley de Henry(Bebidas con gas)

Constante

Sg= KH Pg

Presión del gas sobre l solución

Solubilidad de

gas en el solvente dado Se cumple para gases que no reaccionan con el solvente

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.

CONCENTRACIÓN

Expresión de la concentración

La concentración de un soluto en un disolvente se expresa mediante una combinación

de unidades que relacionan la masa o el volumen del soluto con la masa o el volumen de

la disolución. La unidad de masa habitual es el gramo o el mol, y la unidad de volumen,

el litro. Las disoluciones pueden estar diluidas o concentradas, en función de la cantidad

relativa de soluto y de disolvente que haya en la misma. Así, cualquier disolución que

contenga una cantidad muy grande de soluto es una disolución concentrada; en cambio,

si contiene muy poca cantidad de soluto en relación con el disolvente, se dice que está

diluida.

Las formas más usuales de expresar la concentración son:

· Porcentajes: la expresión de una concentración en forma de porcentajes puede

ir referida a masa o a volumen:

Una disolución de azúcar en agua al 10% en masa quiere decir que contiene 10

gramos de azúcar por cada 100 gramos de disolución.

· Molaridad (M) o concentración molar: es la expresión de la concentración

referida al número de moles de soluto por litro de disolución:

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Una disolución 10 molar de cloruro sódico (NaCl) contiene 10 moles de NaCl

por litro de disolución.

· Molalidad (m) o concentración molal: es la expresión de la concentración

referida al número de moles de soluto por kilogramo de disolvente:

Una disolución 3 molal de NaCl contiene 3 moles de sal por kilogramo (o por

litro en este caso) de agua.

· Fracción molar (X): se denomina fracción molar del soluto al cociente entre el

número de moles de soluto de la disolución y el número total de moles

(disolvente y soluto):

Si se echa 1 mol de NaCl en 9 moles de agua, la fracción molar del soluto es:

.

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Normalidad (N)

La concentración Normal o Normalidad, es el número de pesos equivalentes por

litros de solución. , por lo tanto si una solución contiene un peso equivalente de

CaCO3 (100 g), en un litro de solución, su concentración es 1 Normal.

N = # equivalentes de soluto

litros de solución

# equivalentes = g de soluto

Peq

Peq = PM

c

donde c o no de equivalentes de cada suststancia es igual al número de iones

hidrógenos (H+) de un ácido, o de iones hidroxílo (OH-1) de una base, o la

carga del catión en una sal (por ejemplo Al+3)multiplicada la cantidad de

cationes en el Al 2 (SO4)3 c = 2 x 3 = 6, o el número de electrones transferidos

en una reacción redox.

Ej Una solución de Al 2 (SO4)3 2 N significa que tenemos 2 equivalentes de Al 2

(SO4)3 en un litro de solución

DILUCIÓN

Solución A Solución B

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Nº moles solución A = Nº de moles de la solución B

[ A ] > [ B ]

Cuando se diluye una solución ,se agrega mas solvente

la cantidad de soluto o moles de soluto o equivalentes

de soluto es la misma lo que varia es la concentración.

Densímetro

DISOLUCIÓN DE SALES EN AGUA

Uno ejemplo típico con el que se ilustra el efecto térmico de la disolución de sales en

agua, es la existencia en el mercado de “bolsas” que se enfrían o se calientan cuando se

da un golpe sobre ellas. Suceden esos efectos térmicos porque, con el golpe, se rompe

una bolsa interior que contiene agua, y lo pone en contacto con sales como nitrato

amónico (disolución endotérmica) o como sulfato de magnesio (disolución exotérmica).

Estos dispositivos se venden por ejemplo en tiendas especializadas en artículos

deportivos, pues se emplean precisamente para el tratamiento de contusiones, esguinces,

etc. Son las sales citadas las que se encuentran en las fotografías expuestas, como se

observa en la información impresa en las bolsas.

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FORMAS MÁS USUALES DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE UNA

DISOLUCIÓN

Nombre Símbolo Soluto Disolvente Disolución

% en peso % nº de gramos - 100 g

g/100 ml - nº de gramos - 100 ml

volumen/volumen v/v nº de ml nº de ml -

Fracción molar

del soluto Xs nº de moles - 1 mol

Fracción molar

del disolvente Xd - nº de moles 1 mol

Molalidad m nº de moles 1 Kg -

Osmolalidad im nº de osmoles 1 Kg -

Molaridad c(M) nº de moles - 1 litro

Normalidad N nº de equivalentes - 1 litro

Disoluciones diluidas

LEY DE RAOULT.

CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL

El estudio de los gases se facilito gracias al modelo del gas ideal

• Modelo sencillo para predecir su comportamiento.

• Referente para el estudio de gases reales.

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1)Descripción fenomenológica: PV = nRT

2) Descripción molecular:

• Moléculas puntuales (V despreciable).

• No existen interacciones intermoleculares entre ellas.

Se puede disponer de un modelo análogo para disoluciones.

DISOLUCIÓN IDEAL

-Disolución en la cual las moléculas de las distintas especies son tan semejantes

unasa otras.

- Las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que

se produzca una variación de la estructura espacial de la disolución ,ni de la

energía de las interacciones intermoleculares presentes en la misma. -Fuerzas de cohesión entre sto - slv son iguales a las de sto-sto y slv-slv.

Ley de Raoult La presión de vapor del solvente (en solución)en presencia de un soluto es

proporcional a la fracción molar del solvente

P1 = P° 1 Fracción molar del solvente

Presión del solvente puro

Presion parcial del solvente en solución

Una solución que cumple la ley de Raoult es una solución ideal o solución diluida.

Caso de 2 componentes en la solución solo el solvente volatil

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DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES Cuando la mezcla esta formada por dos componentes ambos volátiles la presión total

esta dada por la Ley de Dalton

.Disolución ideal de los componentes 1 y 2 ambos volátiles

Equilibrio L ↔ V Disolución

ideal Ley de Raoult

de acuerdo con la ley de Dalton:PT= PA + PB

Con estas expresiones puedo conocer la composición del vapor sabiendo la del líquido

(ambas no tienen por qué ser iguales).

Si, p.ej., PAº > PB

º

* A

L A A

* B

L B B

P x P

P x P

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XA → 0 1

1 0 ← XB

DESVIACIONES DE LA LEY DE RAOULT.

DISOLUCIONES NO IDEALES

La ley de Raoult en el modelo ideal supone que las moleculas del liquido A no son

afecadas por las moleculas de B vecinas y esto ocurre si las fuerzas de A con A son

iguales a las de Bcon B (Fzas intermoleculares)y las de A con B

Pero en disoluciones donde estas interacciones son muy desiguales la ley de Raoult nos

se cumple y se producen desviaciones Negativas y positivas:

Desviación negativa FzasA-B >Fzas A-A ó B-B

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Presion de la disolución anormalmente mas baja

Desviación positiva FzasA-B <Fzas A-A ó B-B

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DIAGRAMAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN

Diagrama de presión de Vapor

La composición de de la disolución de 2 componentes volátiles se relacionan con la

composición del vapor en equilibrio mediante la ley de Dalton yde la Ley de Raoult

La relación entre la composición de la disolución y la composición del vapor en

equilibrio a una presión determinada puede darse gradicamente

P

x10 1

Podemos representar ambas en un mismo diagrama

Disminuimos P a T cte de A hasta E

A: disolución líquida

B: empieza a producirse vapor

C: líq + vapor en equilibrio

D: Se evapora la última gota de líquido

E: Todo vapor

x1V

B

x1Vx1

L

C

D

x1L

A

E

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Pºvap 1 > Pº vap 2

Si 1 es el componente más volátil , el vapor se enriquece mas de este componenente

Como en una destilación se miden temperaturas de ebullición a presión atmosférica , la

forma mas útil para su representación es sustituyendo la presión de vapor por la

temperatura de ebullición

24

.

La disolución destila a temperatur T tiene una composición X1 tiene un vapor de composición

X´ si bajamos la temperatura a T´él destilado tiene una composición X” cada vez más rico en el

componente mas volátil .Si este proceso se repite mas veces se lograra la separación de los

componentes de la mezcla con alto grado de pureza.

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Aplicación: Destilación

Destilación simple

Como el vapor es más rico en el

componente más volátil que el

líquido original es posible separar

los 2 componentes de una disolución

ideal por destilaciones sucesivas.

.

El comportamiento descripto corresponde a disoluciones ideales , siendo similar a lo

observado en disoluciones reales ,pero en algunos casos el alejamiento de la idealidad es

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apreciable y aparecen el punto azeotropico caracterizado por tener igual composición el

liquido y el vapor.

Azeótropos: Mezclas que tienen Punto de Ebullición constante como

por ejemplo Agua con alcohol etílico o agua y acido Clorhídrico o

Acido Nítrico. No se pueden separar por destilación .

En el caso del alcohol etílico y agua la máxima concentración de

alcohol que se puede separar es al 96% es el que se compra

comercialmente

La presión de vapor de la mezcla es mayor que la de los componentes puros

La temperatura de ebullición mezcla al96%=78,1ºC agua=100ºC y acohol etílico 78,3ºC