Julio Oria
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CAPÍTULO
Los sistemas dispersos son mezclas de dos o mas sustancias simples o compuestas en donde hay una fase dispersa o discontinua, que generalmente esta en menor
cantidad y una fase dispersante o continua, que generalmente interviene en mayor proporción. Estas fases interactúan en menor o mayor grado según el tipo de sistema disperso que conformen. En el caso de soluciones, la fase dispersante se llama
solvente y la fase dispersa se llama soluto.
La fase dispersante o continua es homogénea y puede ser sólida, liquida o gaseosa; y la fase dispersa o discontinua, constituida por partículas que pueden ser de cualquier tamaño y estado. Ejemplo: Azúcar en agua, la fase dispersante: agua y la fase
dispersa: azúcar.
Las propiedades y el comportamiento de las dispersiones dependen principalmente del tamaño y forma de las partículas dispersas. Debido a eso se clasifican en:
soluciones, coloides y suspensiones.
OBSERVACIONES:
-9 * 1 nm = 10 m
* Respecto al diámetro (tamaño) de las partículas dispersas:
Solución < coloide < suspensión
Son sistemas dispersos cuyo diámetro de la partícula se halla en un rango 1-1000nm, esto le permite poseer una gran estabilidad, y no caer por efecto gravitatorio, lo cual en el caso de contaminantes es un problema para el medio ambiente.
Las partículas coloidales pueden ser agregados moleculares, o macromoléculas como la hemoglobina cuya masa molar bordea los 64 000 uma, almidón, etc.
Tema
SISTEMAS DISPERSOS
*
CONCEPTO:*
CLASIFICACIÓN:*
SISTEMA COLOIDAL O DISPERSIÓN COLOIDAL*
PROPIEDADES GENERALES DE LOS COLOIDES:*
EFECTO TYNDALLcoloidal. Este fenómeno se debe a que las partículas coloidales dispersan la luz en todas las direcciones haciéndola visible.
Las partículas coloidales son impactadas por las moléculas del medio dispersante en todas las direcciones, provocando así el movimiento desordenado (zig zag). El movimiento browniano impide que las partículas coloidales se asienten o sedimenten.
Estos coloides se asemejan a las soluciones, es decir presentan una sola fase (sólida, liquida o gaseosa), donde cualquier punto de sus partes presenta las misma
composición química y propiedades. Los componentes se mezclan en proporciones variables.
Cuando su compatibilidad con el medio dispersante es muy estable. Si el medio dispersante es el agua se denominan Hidrofilos.
Ejemplo: Gelatina en agua.
En este caso la partícula coloidal posee poca afinidad por el medio dispersante, por lo que requiere para su estabilidad un aditivo llamado emulsificante. Si el medio dispersante es el agua se denominan Hidrofobos.
*
MOVIMIENTO BROWNIANO*
TIPOS DE SISTEMAS COLOIDALES:*
De acuerdo a la afinidad con el medio:*
Liofilos (que aman al medio dispersor):*
Liofobos (que odian al medio dispersor):*
De acuerdo al estado de agregación de la fase aparente: Coloide Solución(dispersa (no dispersa la luz) la luz)
Es un sistema químico homogéneo (sistema monofásico), en el que cualquier parte elemental de su volumen (su parte mínima) posee una composición química y
propiedades idénticas. Resulta de mezclar dos o más sustancias en proporciones variables.
* Soluto: Es la sustancia que se dispersa homogéneamente a nivel atómico, iónico o
molecular y casi siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en peso o en volumen.
* Solvente o Disolvente: Es la sustancia que disuelve o dispersa al soluto y
generalmente se encuentra en mayor proporción. Si el solvente es el agua se le llama solución acuosa.
Características:
- Existen solventes:
A) Polares: agua, alcohol etílico, amoniaco, etc.
B) Apolares: benceno: C H , tetracloruro de carbono: CCl , ciclohexano: C H , 6 6 4 6 12
disulfuro de carbono: CS , etc. 2
*
SOLUCIONES*
Componentes:*
CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES: 1 Por su estado físico:Pintura, engrudo, jalea, gelatina, oro coloidal Mayonesa, leche, asfalto, crema para el rostro, etc
Nata batida, espuma de cerveza, espuma de afeitar.
Diamante negro, piedras preciosas, zafiro, etc Queso, mantequilla, etc.
Piedra pómez, esponja, tecnopor, lava, hule
Ninguno (ya que todos los gases son solubles entre sí)
LIQUIDA FASE DISPERSORA Ejemplos NOMBRE TIPO SOLIDA
Humo, polvos, virus en aire, etc.
GASEOSA Niebla, spray, nube, rocío Sólido FASE DISPERSA Gas Líquido Sólido Líquido Gas Sólido Líquido Gas
Sol líquido o gel
Espuma líquida (espuma) Emulsión Líquida (emulsión) Sol sólido Emulsión sólida Espuma sólida ---Aerosol Sólido Aerosol Líquido LIQUIDA FASE APARENTE SOLIDA GASEOSA
LIQUIDA
Sólido
SOLUCIÓN DEL SOLVENTE DEL SOLUTO
Gas Líquido Líquido SOLIDA Sólido Sólido Líquido Gas Gas GASEOSA Sólido
Líquido H O en aire (aire húmedo)2
gasolina en aire Gas NaCl en H O (salmuera)2 I en C H OH (alcohol yodado)2 2 5 CH COOH en H O (vinagre)3 2 C H OH en H O (aguardiente)2 5 2 CO en H O (agua gasificada)2 2
O en H O de río, lago, etc. 2 2
Hg en Ag (amalgama dental) Hg en Au (amalgama de oro) H en Pd (oclusión de H en Pd)2 2 H en Pt (oclusión de H en Pt) 2 2 CH HS en C H (gas doméstico)3 3 8 O en N (aire artificial) 2 2 I en aire2 C H (naftalina) en aire10 8 Ejemplos Aleación: C en Fe (acero), Zn en Cu (latón), etc.
El solvente determina el estado físico de la solución.
- Solución Iónica, el soluto se halla disociado en partes iónicas debido al proceso de solvatación; son conductoras de la corriente eléctrica. Ejemplo: NaCl , HCl , (ac) (ac)
HNO3(ac), H SO2 4(ac), NaOH , KOH , CaCO(ac) (ac) 3(ac)
- Solución Molecular, el soluto no se ha disociado en iones, pero está disperso debido al proceso de solvatación; no son conductoras de la corriente eléctrica. Ejemplo: C H O6 12 6(ac), C H OH , CH COOH 2 5 (ac) 3 (ac)
A) Solución diluida (sto << ste), contiene una cantidad pequeña de solutos y por ello son algo cristalinas. Ejemplo: agua potable, agua oxigenada (3% de H O ), 2 2
suero (6% de glucosa o dextrosa), etc.
B) Solución concentrada, son aquellas que presentan una apreciable cantidad de soluto. Ejemplo: Acido Muriático (37% HCl en peso), agua regia (75% HCl y 25% HNO en Vol), etc.3
C) Solución saturada, son aquellas que contienen disuelta la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de solvente a una temperatura determinada. Es decir, si agregamos algo más de soluto, se quedara
2 Por la conductividad eléctrica:
A 15ºC por cada 100g de agua, se disuelve como máximo 20g de sal (KNO ). Si luego se añade 3
más sal esta quedará sin disolverse.
D) Solución sobresaturada o hipersaturada, son aquellas soluciones que habiendo
estado saturadas, logran admitir soluto adicional, generalmente ello es posible realizarlo con ayuda de incremento de la presión o con calentamientos suaves o ligeros.
Ejemplo: a una solución saturada de azúcar le echas una cucharada de azúcar y lo calientas (se forma caramelo), mezclar el CO y el agua pura a elevada presión 2(g)
(bebidas carbonatadas o gaseosas).
Son inestables porque cuando se dejan reposar o se provoca una pequeña agitación, el exceso tiende a precipitar y se forma una solución saturada. Es por eso que deben utilizarse al instante para el fin al que han sido preparadas.
¿Cómo los químicos pueden predecir la formación de un precipitado cuando se
añade un compuesto a una disolución o cuando se mezclan dos disoluciones? Pues conociendo su solubilidad.
La solubilidad de un soluto es una concentración física que nos indica cuantos
gramos de soluto como máximo se pueden disolver a una temperatura determinada, en un volumen o peso conocido de solvente. Por lo tanto la solubilidad nos indica la
concentración de una solución saturada.
En forma convencional, la solubilidad se define como el peso máximo de soluto que se disuelve en 100g de disolvente, a una temperatura determinada. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:
* Factores que afectan la solubilidad:
- En casos generales, la solubilidad de un soluto sólido en disolventes líquidos aumenta al elevarse la temperatura. Ejemplo:
Diluida Concentrada Saturada Sobresaturada Aumenta la cantidad de soluto
*
SOLUBILIDAD (S)T°C
S
sto=
Wmáx disuelto(sto)
La Solubilidad, también depende de la naturaleza del soluto y del solvente. ¤ Proceso de disolución:
La concentración determina las propiedades de una solución. Indica la cantidad de
soluto (masa, volumen, número de moles, #equiv, etc.) contenidos en una determinada cantidad de solución o una determinada cantidad de solvente, así:
¤ Unidades de concentración:
Para este análisis se supondrá que el soluto es un líquido o un sólido y el disolvente es un líquido.
A) Concentraciones expresadas en unidades Físicas:
El valor de estas unidades no depende de la naturaleza de las sustancias que
forman la solución (soluto, solvente).
* Porcentaje en masa o peso (%W):
* Porcentaje en volumen (%V):
Ejemplo: si tenemos una solución al 10% en volumen de HCl esto quiere decir que
*
Concentración de una solución (C):C = cantidad de soluto cantidad de solvente o C = cantidad de soluto cantidad de solución
%W =
stoWsto x 100%
Wsol
%V =
stoVsto x 100%
Vsol
%W/V = _Wsoluto x 100%
Vsolución
- Partes por millón (ppm): Se emplea frecuentemente para indicar la concentración de
soluciones muy diluidas
# ppm = _Wsoluto (mg) Wsolución (Kg) Donde 1ppm = 1mg/L
B) Concentraciones expresadas en unidades Químicas:
Son todas aquellas unidades de concentración en las que interviene la masa molar del soluto por lo que es necesario conocer la estructura química del soluto.
* Molaridad (M): de una solución es….
D: Densidad (g/mL) Nota:
- Para solutos iónicos, en vez de molaridad se utiliza el término Formalidad (F). * Normalidad (N): de una solución es…
Nota:
Tanto la molaridad como la normalidad son unidades que dependen de la temperatura para su preparación.
* Molalidad (m): de una solución es….
* Fracción Molar (f ): m de una solución es
M = 10x%W xDSto Sol . M Sto M = nSto V Sol mol L N = #Eq-gsto Vsol (L) N = M. Donde: COMPUESTO Óxido Ácido Hidróxido Sal Radical Redox
Doble del # oxígenos # H ionizables
# de iones OH /Carga total del catión/
Carga del ión # e- transferidos 3
m = %W x 10
sto(100% - %W )xM
Sto Stom = n
stoW (Kg)
stefm = n
sto ston
solfm = n
ste sten
Se cumple: fm + fm = 1sto ste- Equivalencias:
3
1 litro= 1000 ml = 1000cm = 1000 c.c ¤ Casos tipo en soluciones:
A) diluir una solución, consiste en disminuir la concentración de una solución valorada (solución cuya concentración se conoce) agregando una determinada cantidad de solvente (generalmente agua), obteniéndose una nueva solución, cuya concentración evidentemente es menor. La cantidad de soluto permanece constante.
B) mezcla de soluciones, implica unir 2 o más soluciones de un mismo soluto, cada una a distintas concentraciones
C) Titulación ácido-base (neutralización) Se da generalmente entre un ácido fuerte y
una base fuerte.
ácido + base sal + H O2
Donde se cumple:
# Eq-g (ácido) = # Eq-g (Base) = # Eq-g (sal)
Nácido.Vácido = Nbase.Vbase = N .Vsal sal
Ejemplo:
HCl + NaOH NaCl + H O2
# Eq-g (HCl) = # Eq-g (NaOH) = # Eq-g (NaCl)
N .V = NHCl HCl NaOH.VNaOH = NNaCl.VNaCl
¤ Soluciones valoradas:
En el estudio cuantitativo de las reacciones químicas en el
Se cumple: C .V = C .V1 1 2 2 C > C 1 2 C1 V1 C2 V = V + V2 1 H2O H O2 Se cumple: * Wsto(1) = Wsto(2) * nsto(1) = nsto(2) . C: concentración (molar o normal)
En la preparación de una solución valorada deberá calcularse previamente la
cantidad de soluto a disolverse en un volumen medido del solvente, o que deberá estar contenida en un volumen total de solución determinado de antemano.
La cantidad de soluto con que se prepara una solución valorada se puede medir en unidades físicas (gramos) o en unidades químicas (moles o equivalentes).
PROPIEDADES COLIGATIVAS O COLECTIVAS DE LAS SOLUCIONES ¤ Introducción:
Algunas propiedades de las soluciones dependen del tamaño de las
partículas; otras, del tipo de soluto o de la naturaleza del solvente y del número de partículas disueltas. Se consideran importantes porque permiten determinar la masa molecular y la concentración de una solución de un soluto.
¤ Concepto:
Las propiedades coligativas son aquellas propiedades físicas que dependen únicamente de la concentración del soluto, es decir, de la cantidad de partículas de
