Resumen Disoluciones

RESUMEN DE PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS
DISOLUCIONES
DISOLUCION: es una mezcla homogénea de dos o más sustancias, es decir que
una disolución tiene una composición constante o definida con propiedades
distintivas, y por tanto las propiedades de la mezcla son constantes en toda la
disolución.
MATERIA
MEZCLAS
MEZCLA
HOMOGENEA
A
SUSTANCIAS
PURAS
Separacion por
métodos fisicos
MEZCLA
HETEROGENEA
COMPUESTOS
ELEMENTOS
Separación por
Métodos químicos
SOLUCIONES
TIPOS DE DISOLUCIONES:
Las disoluciones están formadas por dos componentes: SOLUTO:
componente (es) que este presente en menor cantidad. SOLVENTE: componente
en mayor cantidad. Dependiendo del estado físico de los componentes
encontramos seis tipos de soluciones:
Componente 1
Componente 2
ESTADO
de la
disolución
Gas
Gas
Gas
Líquido
Sólido
Sólido
Gas
Líquido
Sólido
Líquido
Líquido
Sólido
Gas
Líquido
Sólido
Líquido
Líquido
Sólido
EJEMPLO
Aire
Agua gaseosa (CO2)
H2 en platino
Etanol en agua
NaCl en agua
Bronce (Cu/Zn)
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Por su capacidad para disolver un soluto se pueden clasificar en la siguiente
manera:
Disolución saturada: contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en
un disolvente en particular, a una temperatura específica.
Disolución no saturada: en un disolvente en particular, contiene menos cantidad
de soluto que el que se puede disolver a una temperatura específica.
Disolución sobresaturada: contiene más soluto que el que se puede disolver en
una disolución saturada a una temperatura dada, no es estable y puede aparecer
la cristalización.
Algunos efectos que pueden lograrse por medio de las disoluciones y sus
solubilidades son:
Cristalización: proceso de separación en el cual un soluto disuelto se separa la
disolución y forma cristales.
Precipitación: es la formación de un producto químico no soluble en el solvente
que lo contiene formando un compuesto sólido, que no necesariamente puede dar
critales perfectos.
UNA VISION MOLECULAR DEL PROCESO DE DISOLUCION
Las atracciones intermoleculares que mantienen unidas a las moléculas en
líquidos y sólidos son importantes en la formación de disoluciones.
Cuando se forma una solución las moléculas de soluto ocupan posiciones que
estaban ocupadas por moléculas de disolvente y esto depende de la fuerza
relativa de tres tipos de interacciones:
- interacción disolvente – disolvente
- interacción soluto – soluto
- interacción disolvente – soluto
se puede imaginar que el proceso se lleva a cabo en tres etapas:
1. Separación de las moléculas de disolvente H1 (+) endotérmica
2. Separación de las moléculas de soluto H2 (+) endotérmica.
3. Mezcla de las moléculas de ambos componentes, disolvente y soluto, H3 (+/-),
entonces le calor de disolución está dado por:
H disolución = H1 + H2 + H3
El proceso de disolución esta regido por dos factores:
a) Uno es el factor energético que determina si un proceso de disolución será
endotérmico o exotérmico.
b) Tendencia hacia el desorden inherente a todos los procesos naturales, al
mezclarse las moléculas de soluto y solvente aumenta el desorden del sistema,
la aleatoriedad, incluso si el proceso es endotérmico.
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SOLUBILIDAD: es una medida de la cantidad de soluto que se disuelve en cierto
disolvente a una temperatura específica.
Dos sustancias cuyas fuerzas
intermoleculares sean similares entre si en tipo y magnitud serán solubles entre
si. Por ejemplo el CCl4 y el C6H6 son no polares, las únicas fuerzas de atracción
son las fuerzas de dispersión de London, entonces al mezclarse se mezclan
fácilmente. Se dice entonces que son miscibles entre si, si se mezclan en todas
sus proporciones. De igual manera los compuestos iónicos serán solubles en
solubles en disolventes polares, por ejemplo el agua, amoniaco líquido.
Un alcohol es soluble en agua porque forma puentes de hidrógeno con ella,
Existen reglas de solubilidad que nos ayudan a predecir si un compuesto
será soluble en otro:
REGLAS DE SOLUBILIDAD PARA COMPUESTOS IONICOS EN AGUA A 25°C
COMPUESTOS SOLUBLES
Compuestos que contengan iones de
metales alcalinos (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+)
y el ión amonio (NH4)
Nitratos (NO3-), bicarbonatos (HCO3-), y
cloratos (ClO3-),
Haluros (Cl-, Br-, I-)
Sulfatos (SO4-2)
COMPUESTOS INSOLUBLES
Carbonatos (CO3-2), fosfatos (PO4-2),
cromatos(CrO4-2), sulfuros (S-2)
Hidróxidos (OH-)
EXCEPCIONES
Haluros de Ag+, Hg2+2, Pb+2
Sulfatos de Ag+, Ca+2, Sr+2, Ba+2, Pb+2
EXCEPCIONES
Compuestos que contengan iones
alcalinos y ión amonio.
Compuestos que contengan iones de
metales alcalinos y el ión Ba+2.
Solvatación: es el proceso mediante el cuál un ión o una molécula es rodeado por
moléculas del disolvente, distribuidas de una forma específica, cuando el
disolvente es agua este proceso se llama hidratación.
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FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD:
Hay tres factores que afectan la solubilidad de un soluto en un solvente:
-La naturaleza del soluto y del solvente propiamente,
-La temperatura y,
-la presión
Interacciones soluto-solvente:
Para soluciones formadas por un soluto gas y un solvente líquido, la
masa molar del gas es directamente proporcional a las fuerzas de dispersión de
London entre el gas y el solvente, de manera que a mayores fuerzas de dispersión
soluto-solvente existirá una mayor solubilidad. De tal forma que a mayor peso
molécular (masa) y tamaño de un soluto gas, se tendrá una mayor solubilidad en
un solvente líquido.
La interacción de puentes de hidrógeno también provoca una mayor
solubilidad entre el soluto (líquido-gas), y el solvente (agua), etanol - agua.
Sin embargo, en el caso de los alcoholes, que se caracterizan por tener un
grupo OH al final de una cadena carbonada, la parte OH de la molécula es la que
hace que exista solubilidad entre el agua y el alcohol, pero al aumentar la cadena
de carbonos, la solubilidad disminuye por asemejarse el compuesto a un
hidrocarburo.
-Adicionalmente si existe una reacción química entre el gas y el solvente, la
solubilidad del gas aumentará. Por ejemplo: la solubilidad del amoniaco con el
agua es mayor de lo que se espera porque se da entre ellos la siguiente reacción:
NH3(g)
+H2O(l)
NH4+ (ac) + OH- (ac)
Otro ejemplo interesante es la disolución del oxígeno molécular en la sangre,
normalmente el oxigeno gaseoso es muy poco soluble en agua, y sin embargo su
solubilidad en la sangre aumenta debido al alto contenido de moléculas de
hemoglobina (Hb) en ella, cada molécula de hemoglobina puede unirse a cuatro
moléculas de oxígeno, que son liberadas en el organismo para su utilización en el
metabolismo, de acuerdo a la reacción:
Hb + 4O2
Hb (O2)4
La naturaleza en si del soluto y del solvente influyen en la solubilidad de ambos,
de tal manera que si tenemos un soluto polar como la acetona y un solvente polar
como el agua, tendremos como resultado una mezcla homogénea (solución)
donde hay una mezcla en todas proporciones, son miscibles, mientras que si
tenemos un solvente no polar como el benceno y se quiere formar una solución
con agua, estos no se mezclarán porque son de distinta naturaleza, es decir habrá
una pequeña interfase en la cual serán parcialmente miscibles pero no será una
solución porque no son solubles en todas proporciones, son inmiscibles.
Los sólidos de red cristalina como el diamante y el cuarzo son insolubles en
cualquier tipo de solvente, porque tienen fuerzas de enlace muy intensas.
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EFECTOS DE LA PRESION:
La presión afecta solamente a las soluciones formadas por un gas y un
líquido y no afecta a las formadas por sólidos o líquidos. La relación esta dada por
la ley de Henry, que establece que “la presión de un gas en un líquido es
proporcional a la presión del gas sobre la solución”:
c =kP
c = concentración molar del gas disuelto (mol /litro de solución)
k = de una gas, depende de T (M / atm) ó (mol /L. atm)
P = presión del gas sobre la solución (atm)
Si existen varios gases en la mezcla, P es la presión parcial de cada gas.
EFECTOS DE LA TEMPERATURA:
Los efectos de la temperatura se estudian especialmente cuando el soluto
es un sólido y el solvente es un líquido. En general la solubilidad de un sólido
aumenta al incrementarse la temperatura, como puede verse en la gráfica, aunque
hay excepciones.
La solubilidad de gases en agua disminuye al aumentar la temperatura.
Contaminación Térmica:
El metabolismo de los peces se duplica cuando el agua aumenta 10 °C, el
aumento de su metabolismo necesita un aumento en oxígeno que respiran y la
cantidad de oxígeno disuelto en el agua es menor debido al calentamiento del
agua, entonces los peces mueren.
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FORMULARIO
FORMAS DE EXPRESAR LA
CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCION
Concentraciones químicas:
1. Molaridad (M):
Moles de soluto
Litro de solución.
3. Molalidad (m):
moles de soluto
Kilogramo de disolvente
4. Normalidad (N):
Número de equivalentes gramos de soluto
Litro de solución
Un equivalente gramo se refiere a que un compuesto contenga o acepte un
mol de H+ u OH-.
5. Fracción molar: se dice que la fracción molar de un componente en una
solución es igual a:
Número de moles (del componente)
Número de moles de todos los componentes en la mezcla
La suma de la fracción molar de todos los componentes en la muestra es
igual a uno.
Concentraciones matemáticas:
6. Porcentaje (peso/peso) (%(p/p)):
peso de un compuesto de la mezcla X 100%
peso total de la mezcla o solución
El peso puede expresarse con cualquier medida de peso: gramo, libra,
kilogramo, tonelada.
7. Porcentaje peso/volumen: (%(p/v)):
Peso de uno de los componentes de la mezcla X 100%
Volumen total de la mezcla
Puede expresarse con cualquier medida de volumen: mL, L, m 3.
8. Partes por millón (ppm):
Masa de un componente en solución
Masa total de solución
X 106.
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9. Partes por billón (ppb):
Masa de un componente en solución X 109
Masa total de solución
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