UNIDAD III.- SOLUCIONES SUS PROPIEDADES Y ESTADOS DE LA MATERIA

UNIDAD III.- SOLUCIONES SUS PROPIEDADES Y ESTADOS DE LA MATERIA TEMA 1.- DEFINICIÓN DE SOLUCIÓN. COMPONENTES DE LAS DISOLUCIONES. . SOLUBILIDAD. FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD. TIPOS DE SOLUCIONES. CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES. EN UNIDADES FÍSICAS:.- % MASA/MASA .- % MASA/VOLUMEN, .- %VOLUMEN/VOLUMEN .- PARTES POR MILLÓN (PPM), UNIDADES QUÍMICAS.- MOLARIDAD NORMALIDAD. FRACCIÓN MOLAR.- LEY DE DILUCIÓN

TEMA 2 : GASES CONCEPTO Y PROPIEDADES.PRESION TY TEMPERATURA DE LOS GASES.LEYES QUE RIGEN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES.LEY DE BOYLE, LEY DE CHARLES, LEY COMBINADA LEY DE GAY - LUSSAC, LEY DE DALTON, LEY DE GRAHAM. LEY DE AVOGADRO.ECUACION D EESTADO DEL GAS IDEAL

INTRODUCCIÓN:

Las soluciones nos rodean por todas partes. Las bebemos, al tomar un refresco o una taza de té, las respiramos, cuando inhalamos aire, nadamos en ellas, en un océano se nada en una solución de sal en agua e incluso estamos compuestos por ellas nuestra sangre es una solución. Por ello se afirma que las soluciones son muy abundantes, puesto que no solo son la formación de una mezcla liquida sino que ellas son también los empastes de los dientes, los cálculos renales que se forman en nuestro cuerpo, el anticongelante que añaden a los vehículos en los países fríos y en fin un sin numero de soluciones con las que a diario convivimos y utilizamos, general son una mezcla de por lo menos una sustancia disuelta en otra.

1.- SOLUCIONES

Una solución es un tipo de mezcla homogénea formada por al menos dos sustancias puras y su composición puede variar dentro de ciertos límites.(Fig 1 Y 2) Se considera que las soluciones son mezclas de un soluto y un disolvente que están unidos de forma débil. Como el soluto y el disolvente no reaccionan entre sí, pueden mezclarse en cualquier proporción. Por lo general el soluto es la sustancia presente en pequeñas cantidades, mientras el disolvente es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad.(Fig 2)

FIGURA 1

El soluto se disuelve en el disolvente cualquiera que sea su estado físico; entonces se considera que el soluto es la sustancia que está siendo disuelta, mientras que el disolvente es la sustancia que está haciendo la disolución (.FIG 3 )Por ejemplo, en una solución de azúcar en agua, el azúcar es el soluto y el agua es el disolvente. Esta es una solución acuosa debido a que el disolvente es el agua. Los componentes de una solución (soluto y disolvente) se encuentran dispersos ya sea como moléculas o como iones y en muchos casos las moléculas del soluto están unidad a las del disolvente.(FIG 4)

En una solución acuosa de azúcar, cualquier molécula de azúcar está rodeada por moléculas de agua y se considera que está hidratada (unida por enlaces hidrógeno a las moléculas de agua). El proceso de disolver azúcar sólida en agua involucra la hidratación de las moléculas de soluto hasta que toda el azúcar se ha disuelto o hasta alcanzar cierta concentración máxima.(Fig4a)

En una solución acuosa de cloruro de sodio, los dos iones, el sodio (Na¹⁺⁾ y el cloruro (Cl^1-), se encuentran rodeados por la molécula de agua y en consecuencia están hidratados. La energía que libera durante la hidratación de iones vence las intensas fuerzas de atracción que existen entre el ion sodio (positivo) y el ion cloruro (negativo) en el cristal sólido. El ion sodio atrae el átomo de oxigeno relativamente negativo de la molécula de agua y la porción relativamente positiva hidrata al ion cloruro, como puede verse en la figura (Fig. 4 b)

Algunas características de las soluciones son:

a) Sus componentes no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.

b) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.

c) Los componentes de una solución son soluto y solvente.

d) En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones).

Figura 5

FORMAS DE SEPARACIÓN DE LAS DISOLUCIONES

2.- SOLUBILIDAD

Si dos sustancias se disuelven el uno en el otro se dice que son miscibles, pero por el contrario si no se disuelven una en otra al mezclarse se dice que son inmiscibles. Sólo que para que esto ocurra debe cumplirse el principio “semejante disuelve a lo semejante” para ello se debe recordar que existen moléculas polares y no polares, por tanto, las sustancias polares se disolverán en sustancias polares y las no polares en sustancias no polares. Por esta razón una sustancia polar con una sustancia no polar generalmente no forma una solución.

Por lo anterior podemos entender por qué la gasolina un compuesto no polar no se mezcla con el agua un compuesto polar, en cambio el agua sí se mezcla con el alcohol por que ambas son sustancias polares. Para que una sustancia se disuelva en otra es preciso:

1.- Vencer las fuerzas que mantienen unidas a las sustancias.

2.- Se deben vencer las fuerzas de atracción entre al menos algunas de las moléculas que se mezclan.

3.- Las moléculas del soluto y disolvente deben atraerse mutuamente.

Para que una solución se forme el soluto debe ser soluble en un disolvente apropiado. En química, la solubilidad mide la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido.

En general se dice que la solubilidad es la proporción en que una cantidad determinada de una sustancia se disolverá en una cantidad determinada de un líquido, a una temperatura dada, o también es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química.

Conceptualmente se define como:

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.

Esto explica que 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.

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.

3.- FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD.

a) Naturaleza del soluto y del disolvente: La disolución de las sustancias depende del tipo de sustancia o más bien del tipo de enlace que una a las mismas, dado que se hace posible la frase ”lo semejante disuelve lo semejante” por ello los compuestos iónicos (polares ) por lo general son solubles en disolventes polares y los compuestos covalentes (no polares o polares débiles ) por lo general son solubles en disolventes que no son polares.

b) Temperatura: La solubilidad de un gas en líquido disminuye cuando aumenta la temperatura .por ejemplo, el oxígeno es soluble en agua a razón de 4.89 mL de oxígeno en 100 mL de agua a 0⁰C; pero a 50⁰C esta solubilidad se reduce a 2.46 mL en 100 mL de agua.

La solubilidad de un sólido en un líquido por lo general aumenta cuando la temperatura se incrementa.

c) Presión: Dado que los líquidos y los sólidos son casi incomprensibles, la presión tiene poco efecto sobre su solubilidad. En contraste, tiene un efecto importante en la solubilidad de los gases. La solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presión parcial del gas sobre la solución.

4.- TIPOS DE SOLUCIONES La relación entre las masas de soluto y el disolvente así como los estados de agregación de los mismos permite establecer los tipos de soluciones las que se pueden clasificar según el siguiente esquema.

Las soluciones pueden existir en cualquiera de los tres estados físicos de la materia: Los tipos más comunes son un gas en un líquido, un líquido en un líquido y un sólido en un líquido. En tabla 1 hay algunos ejemplos de soluciones comunes.

Tabla 1: Algunos ejemplos de soluciones

Según la cantidad de soluto podemos encontrar:

SOLUCIONES SATURADAS, INSATURADAS Y SOBRESATURADAS.

Solubilidad y saturación:

La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada. En dependencia de la cantidad de soluto que se disuelva en un disolvente dado bajo ciertas condiciones de temperatura las disoluciones

pueden ser:

Ejemplo 1: Manera de identificar un soluto y un disolvente

TIPO EJEMPLO SOLUTO DISOLVENTE

Soluciones Gaseosa

Gas en Gas Atmósfera Oxígeno (gas) Nitrógeno (gas) Soluciones Liquidas

Gas en un liquido

Agua mineral Dióxido de

carbono (gas) Agua (liquida) Amoniaco

doméstico Amoniaco (gas) Agua (liquida) Liquido en un

liquido Vinagre Ácido acético

(liquido) Agua (liquida) Sólido en un liquido Agua de mar Cloruro de sodio

(sólido) Agua(liquida) Tintura de yodo Yodo (sólido) Alcohol

(liquido) Soluciones sólidas

Liquido en un sólido Amalgama dental Mercurio (Liquido) Plata (sólido) Sólido en un sólido Bronce Cinc(sólido) Plata (sólido) Acero Carbono (sólido) Hierro (sólido)

Una solución insaturada contiene menos soluto del que se puede disolver a una temperatura particular.

Esto es la cantidad de soluto no se encuentra en equilibrio respecto al disolvente a una

temperatura dada, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación

Una solución saturada es aquella que

contiene la máxima cantidad de soluto disuelto a cierta temperatura, o sea, que hay un equilibrio entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente, y a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto.

Una solución sobre

saturada: Rrepresenta un tipo de disolución

inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada o sea, la concentración de soluto es mayor que la de una solución

saturada bajo las mismas condiciones.

Identificar el soluto y el disolvente en cada una de las siguientes soluciones:

a.1.0g de azúcar disuelto en 100 g de agua

b.50 mL de agua mezclado con 20 mL de alcohol isopropílico (alcohol de frotación).

c. Se prepara tintura de yodo con 1.10 g de I2 y 10.0 mL de alcohol etílico.

Solución

a. El azúcar esta presente en menor cantidad y se disuelve por tanto es el soluto: el agua es el disolvente.

b. Como ambos el agua y el alcohol isopropílico son líquidos el que se encuentra en menor volumen, el alcohol isopropílico es el soluto. El agua es el disolvente.

c. El yodo es el soluto, y el alcohol es el disolvente.

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES

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, por ello las propiedades de las soluciones dependen de la calidad y de la cantidad de soluto y de disolvente

Dado que las soluciones son mezclas sus componentes pueden presentarse en diferentes proporciones, a cada proporción de soluto presente en determinada cantidad de disolvente la llamamos concentración, la que es la relación cuantitativa entre los componentes de la solución.

Ya sabemos que la concentración de las soluciones es la cantidad de soluto

contenido en una cantidad determinada de solvente. También debemos aclarar que los términos diluidas o concentradas expresan concentraciones relativas.

Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades físicas y en unidades químicas.

Cada método tiene una ventaja sobre los demás dependiendo de uso que se le vaya a dar a la solución. Por ejemplo si usted quiere saber sobre la masa de sal que hay en cierta masa de agua del océano, es más conveniente expresar la concentración en porcentaje referido a la masa.

CONCENTRACIÓN PORCENTUAL: EXPRESA LA RELACIÓN ENTRE LA CANTIDAD DE SOLUTO POR CADA 100 UNIDADES DE DISOLUCIÓN.

1.- Relación porcentual peso / peso. (p/p) o masa – masa (m/m) Expresa la relación entre la masa de soluto con 100 partes de disolución.

CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES

UNIDADES FISICAS

Concentración en porcentaje o concentraciòn porcentual en masa

y volumen Partes por millòn

Partes por billòn

UNIDADES QUIMICAS

Molaridad Normalidad

molalidad Fracciòn molar

Diluciòn