Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°8, Común. Disoluciones químicas. Una disolución (o solución) es una mezcla homogénea de dos o más sustancias donde el soluto es la sustancia presente en menor cantidad y el disolvente (o solvente) es la sustancia que está en mayor cantidad. Una disolución puede ser diluida, concentrada o saturada, dependiendo de la cantidad de soluto disuelta. Pero éstos son términos cualitativos, por lo que es necesario especificar la cantidad de soluto. Para esto recurrimos al concepto de concentración, que se define como la cantidad de soluto disuelta en una cantidad determinada de disolvente. Concentración de las disoluciones. La concentración de soluto en una determinada solución, se puede expresar de diferentes modos: Molaridad (M): Se define como el número de moles de soluto en 1 [L] de solución. Molalidad (m): Indica el número de moles de soluto existentes en 1 [Kg] de disolvente. Porcentaje peso/peso o masa/masa (%p/p): Indica la masa de soluto expresada en gramos, que hay en 100 [g] de solución. ⁄ www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 1 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Porcentaje peso/volumen o masa/volumen (%p/v): Indica la masa de soluto expresada en gramos, que hay en 100 [mL] de solución. ⁄ Porcentaje volumen/volumen (%v/v): Indica el volumen de soluto expresado en mililitros, que hay en 100 [ml] de solución. Hay que recordar que lo volúmenes no son aditivos, es decir, no deben ser sumados (excepto cuando sus densidades sean iguales) ⁄ Fracción molar (X): Es el cociente entre el número de moles de soluto ( o solvente ) y el número total de moles. Partes por millón (ppm): Se usa cuando la cantidad de soluto es muy pequeña. Indica las partes en peso de soluto disueltas en un millón de partes en peso de disolución, o bien miligramos de soluto en 1 Kg de solución. Ejemplo: 10 [ppm] de arsénico en el aire, nos indica que por cada 1 millón de partículas presentes existen 10 partículas de arsénico. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 2 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Diluciones químicas. La dilución es el procedimiento que se emplea para preparar una solución menos concentrada a partir de una de mayor concentración. En una dilución, se agrega disolvente a una cantidad dada de la disolución concentrada. Su concentración disminuye sin que cambie la cantidad de moles de soluto (n) presente en la disolución. Cantidad inicial de soluto = cantidad final de soluto Como se mencionó anteriormente, la molaridad (M) es la cantidad en moles de soluto (n) por volumen (V) de solución en litros. Dado que la cantidad de moles es igual antes y después de la dilución, se cumple que: Donde el subíndice inicio señala el volumen y concentración antes de la dilución, y el subíndice final indica el volumen y concentración después de la dilución. Esta ecuación permite calcular la nueva molaridad después de diluir una solución. Siempre una dilución conlleva una disminución o caída de concentración de la solución madre. 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 soluto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre de solubilidad. La capacidad de una 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. La solubilidad se expresa como la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en 100 [g] o 100 [mL] de disolvente a una determinada temperatura, para producir una disolución saturada. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 3 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Factores que afectan la solubilidad. Naturaleza del soluto y el disolvente: Generalmente un disolvente polar disuelve compuestos polares, y los solventes apolares disuelven compuestos apolares. Tanto el soluto como el disolvente pueden encontrase en los tres estados físicos de la materia. Temperatura: Para sólidos en líquidos, generalmente un aumento de la temperatura aumenta la solubilidad. Esto ocurre cuando el soluto se disuelve con absorción de calor. Existen pocos casos en que la solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura, por ejemplo la solubilidad de un gas en un líquido o en un sólido siempre disminuye al aumentar la temperatura. Presión: La presión tiene efecto especial sobre la solubilidad de los gases en líquido, al aumentar la presión la solubilidad aumenta, por ejemplo el CO2 se disuelve a alta presión en las bebidas gaseosas. Si la presión aumenta al doble, también lo hace la solubilidad y si la presión disminuye a la mitad también lo hace la solubilidad, es decir existe una relación directa entre la solubilidad de los gases y la presión. En general la presión no afecta la solubilidad de los sólidos ni de los líquidos. Mezclas. Muy pocas de las sustancias que existen en la naturaleza se encuentran puras, la mayoría son mezclas. Éstas pueden ser de 4 clases diferentes. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 4 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Mezclas heterogéneas: Son aquellas en la que a simple vista se pueden distinguir dos fases, es decir se presentan límites de separación entre los componentes de la mezcla. Mezclas homogéneas: Éstas pueden ser de dos o más componentes y constituyen las denominadas disoluciones. Son homogéneas ya que poseen una sola fase, es decir no se puede distinguir a simple vista las distintas especies presentes en ella. Coloides: Son mezclas heterogéneas, poseen más de una fase que pueden separarse con el tiempo o por medio de centrifugación. Suspensiones: Son mezclas heterogéneas inestables, en las cuales los componentes se separan espontáneamente debido a que el tamaño de las partículas es tan grande que se separan por gravedad. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 5 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Ejercicios. 1. ¿Cuál de las siguientes soluciones acuosas de cloruro de sodio (NaCl) presenta la mayor concentración de sal? Cantidad de NaCl A) 0,100 mol B) 0,200 mol C) 0,300 mol D) 0,400 mol E) 0,500 mol Volumen de solución 500 400 100 300 200 mL mL mL mL mL 2. El gráfico siguiente representa la solubilidad de una sustancia en función de la temperatura: Al enfriar un litro de solución saturada desde 50 °C hasta 25 °C, ¿qué cantidad de la sustancia precipita? A) 25 g B) 30 g C) 40 g D) 50 g E) 80 g www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 6 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°8, Común. 3. Se disuelven 2 mol de una sal en agua hasta completar 500 mL de solución. La molaridad de esta solución es: A) 0,2 mol/L B) 0,5 mol/L C) 1,0 mol/L D) 2,0 mol/L E) 4,0 mol/L 4. Se dispone de dos soluciones acuosas: Solución 1: contiene 0,1 mol de NaOH en 100 mL de solución. Solución 2: contiene 0,1 mol de NaOH en 200 mL de solución. Las concentraciones de ambas soluciones son Solución 1 A) 1,0 mol/L B) 1,0 mol/L C) 0,5 mol/L D) 0,1 mol/L E) 0,1 mol/L Solución 2 1,0 mol/L 0,5 mol/L 0,1 mol/L 0,1 mol/L 0,05 mol/L 5. Al mezclar 100 mL de una solución de NaOH 0,10 M con 100 mL de agua destilada, la concentración de la solución resultante es: A) 0,01 M B) 0,02 M C) 0,05 M D) 0,10 M E) 0,20 M 6. ¿Cuál de las siguientes soluciones de ácido clorhídrico tiene una concentración 0,1 molar? A) 0,5 mol de soluto disuelto en 5,0 L de solución. B) 0,4 mol de soluto disuelto en 2,0 L de solución. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 7 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°8, Común. C) 0,3 mol de soluto disuelto en 1,0 L de solución. D) 0,2 mol de soluto disuelto en 0,5 L de solución. E) 0,1 mol de soluto disuelto en 0,2 L de solución. 7. Si a 600 mL de una solución de KCl 0,5 molar se le agregan 900 mL de agua, ¿cuál es la molaridad de la solución resultante? A) 0,1 M. B) 0,2 M. C) 0,5 M. D) 1,0 M. E) 1,5 M. 8. Se puede preparar una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) 0,1 M (masa molar = 40 g/mol), disolviendo: I) 4,0 g NaOH hasta completar un litro de solución. II) 0,40 g NaOH hasta completar 100 mL de solución. III) 40 g NaOH hasta completar 10 L de solución. Es(son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo III. C) sólo I y II. D) sólo II y III. E) sólo I, II y III. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 8