Soluciones y Solubilidad Mezclas Una mezcla está formada por la unión de sustancias en cantidades variables y que no se encuentran químicamente combinadas. Por lo tanto, una mezcla no tiene un conjunto de propiedades únicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades específicas. Características de las Mezclas Las mezclas están compuestas por una sustancia, que es el medio, en el que se encuentran una o más sustancias en menor proporción. Se llama fase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que están en él. Clasificación de las mezclas De acuerdo al tamaño de las partículas de la fase dispersa, las mezclas pueden homogéneas o heterogéneas. ser Mezclas homogéneas Las mezclas homogéneas son aquellas cuyos componentes no son identificables a simple vista, es decir, se aprecia una sola fase física (monofásicas). Ejemplo: aire, agua potable. Mezclas heterogéneas Las mezclas heterogéneas son aquellas cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista, apreciándose más de una fase física. Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite. Las mezclas heterogéneas se pueden agrupar en: Emulsiones, suspensiones y coloides. Mezclas heterogéneas Emulsiones: Conformada por 2 fases líquidas inmiscibles. Ejemplo: agua y aceite, leche, mayonesa. Suspensiones: Conformada por una fase sólida insoluble en la fase dispersante líquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento. Coloides o soles: Es un sistema heterogéneo en donde el sistema disperso puede ser observado a través de un ultramicroscopio. Soluciones Químicas Son mezclas homogéneas (una fase) o sistemas homogéneos, que contienen dos o más tipos de sustancias denominadas soluto y solvente; que se mezclan en proporciones variables; sin cambio alguno en su composición, es decir no existe reacción química. Soluto + Solvente → Solución Soluto Es la sustancia que se disuelve, dispersa o solubiliza y siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en peso o volumen. En una solución pueden haber varios solutos. A la naturaleza del soluto se deben el color, el olor, el sabor y la conductividad eléctrica de las disoluciones. El soluto da el nombre a la solución. Solvente o disolvente Es la sustancia que disuelve o dispersa al soluto y generalmente se encuentra en mayor proporción. Existen solventes polares (agua, alcohol etílico y amoníaco) y no polares (benceno, éter, tetracloruro de carbono). En las soluciones líquidas se toma como solvente universal al agua debido a su alta polaridad. El solvente da el aspecto físico de la solución. CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN La relación entre la cantidad de sustancia disuelta (soluto) y la cantidad de disolvente se conoce como concentración. Esta relación se expresa cuantitativamente en forma de unidades físicas y unidades químicas, debiendo considerarse la densidad y el peso molecular del soluto. Concentración en Unidades Físicas Porcentaje masa en masa (% m/m o % p/p): Indica la masa de soluto en gramos, presente en 100 gramos de solución. Xg soluto → 100g solución Ejemplo Una solución de azúcar en agua, contiene 20g de azúcar en 70g de solvente. Expresar la solución en % p/p. soluto + solvente → solución 20g 70g 90g 20g azúcar Xg azúcar → → 90g solución 100g solución X = 20 * 100 = 90 22,22 %p/p Porcentaje masa en volumen (% m/v o % p/v) Indica la masa de soluto en gramos disuelto en 100 mL de solución. Xg soluto → 100mL solución Ejemplo Una solución salina contiene 30g de NaCl en 80 mL de solución. Calcular su concentración en % p/v. 30g NaCl → 80 mL solución Xg NaCl → 100mL solución X = 30 * 100 = 37,5 %p/v 80 Porcentaje en volumen (% v/v) Indica el volumen de soluto, en mL, presente en 100 mL de solución. X mL soluto → 100mL solución Ejemplo Calcular la concentración en volumen de una solución alcohólica, que contiene 15 mL de alcohol disueltos en 65 mL de solución. 15 mL alcohol X mL alcohol → → X = 15 * 100 = 65 65 mL solución 100mL solución 23 %v/v Concentración común (g/L) Indica la masa de soluto en gramos, presente en un litro de solución (recordar que 1 L = 1000 mL, por lo que es lo mismo decir mg/mL). Xg soluto → 1 L o 1000 mL solución Ejemplo Una solución de KCl contiene 10g de sal en 80 mL de solución. Calcular su concentración en gramos por litro. 10g KCl Xg KCl → → 80 mL solución 1000 mL solución X = 10 * 1000 = 80 125 g/L CONCENTRACIÓN EN UNIDADES QUÍMICAS Molaridad (M): Indica el número de moles de soluto disuelto hasta formar un litro de solución. X moL → 1L o 1000 mL solución M = mol de soluto V (L) solución Ejemplo Calcular la concentración molar de una solución disolviendo 7,2 moles de HCl en 7 litros de solución. Solución 1 Solución 2 7,2 moL → 7 L X moL → 1L M = 7,2 moles KCl 7L X= 1,02 moL M = 1,02 moL/L Analizando Como n = m (g) MM (g/moL) M = mol de soluto V (L) solución M= Reemplazando se tiene que m(g) MM(g/moL) x V (L) solución Ejemplo Calcular la concentración molar de una solución de HCl que contiene 73 g en 500 mL de solución (Masa molar = 36,5 g/moL). M = masa (g) PM * V (L) M = 73 (g ) = 4M 36,5 (g/mol) * 0,5 (L) Molaridad en función del porcentaje masa en masa: Esto quiere decir que algunas veces podremos calcular la molaridad sólo conociendo el porcentaje masa en masa de la solución, mediante la siguiente relación: M = % m/m x densidad solución (δ) x 10 Masa molar soluto Ejemplo Calcular la molaridad del NaOH sabiendo que la densidad de la solución es 0,9 g/mL y el porcentaje en masa del NaOH en la solución es 20 % m/m. La masa molar del NaOH es 40 g/moL. M = 20 x 0,9 x 10 40 M = 4,5 moL/L Molalidad Molalidad (m) = es el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente. m= moles de soluto = Masa de disolvente (kg) n kg Ejemplo Para una solución simple de NaCl de 1.148 gr/cm3 con un volumen de 1000 cm3, que contiene 230 gr de sal disuelta. Calcular la Molalidad. Densidad = m V m = Densidad x V m = (1,148) x (1000) m = 1148 gr de solución Ejemplo La masa de agua estará dada por la diferencia de la masa total de la solución con respecto a la de la sal: m agua = m solución – m sal m agua = (1148 – 230) gr = 918 gr El n° de moles (n) se obtendrá a partir del PM de la sal y de la masa de sal disuelta (230 gr). En este caso, n = 3,94 moles Ejemplo Puesto que tenemos 918 gr y no 1000 gr, se debe ajustar el n° de moles para ese valor y de esta manera, se podrá calcular la molalidad: m = 3,94 moles x (1000 gr / 918gr) m = 4,278 (moles / kg de disolvente) Normalidad Normalidad (N) = es el número de equivalentes de soluto por litro de solución. N= Eq Litro de solución Eq =?? masa molar sto [g/mol] = g n° eq [eq/mol] eq Ejemplo Se tienen 5 gramos de AlF3 en 250 ml de solución. ¿Cuál será la Normalidad? PM = 84 gr/mol Puesto que el Aluminio tiene estado de oxidación +3, se procederá de la siguiente forma para calcular el n°Eq: nEq = 84 gr/mol = 28 gr/eq 3 eq/mol Por lo tanto: 28 gr _________ 1 eq 5 gr __________ x eq x = 0,18 eq. Ejemplo De esta manera, la normalidad será: N= 0,18 eq 250 ml = 0,25 l N = 0,72 Solubilidad Se define solubilidad como la máxima cantidad de un soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de solvente a una temperatura dada. La solubilidad depende de la temperatura, presión y naturaleza del soluto y solvente. La solubilidad puede expresarse en: gramos de soluto , gramos de soluto, moles de soluto Litro de solvente 100g de solvente litro de solución Dilución Procedimiento por el cual se disminuye la concentración de una solución por adición de mayor cantidad de solvente. Al agregar más solvente, se está aumentando la cantidad de solución pero la cantidad de soluto se mantiene constante C1 x V1 = C2 x V2 Ejemplo ¿Qué volumen de HCl 18 M se necesitan para preparar 6 litros de solución 5 M? C1 x V1 = C2 x V2 5M 6L 18M X X=5x6 18 X = 1,67 L HCl Se necesitarán (6 - 1,67)L = 4,33 L Agua Clasificación de las soluciones 1. De acuerdo a la cantidad de soluto Solución saturada: Es aquella que contiene la máxima cantidad de soluto que puede mantenerse disuelto en una determinada cantidad de solvente a una temperatura establecida. Solución diluida (insaturada): Es aquella donde la masa de soluto disuelta con respecto a la de la solución saturada es más pequeña para la misma temperatura y masa de solvente. Solución concentrada: Es aquella donde la cantidad de soluto disuelta es próxima a la determinada por la solubilidad a la misma temperatura. Solución Sobresaturada: Es aquella que contiene una mayor cantidad de soluto que una solución saturada a temperatura determinada. Esta propiedad la convierte en inestable. 2. De acuerdo a la conductividad eléctrica Electrolíticas: Se llaman también soluciones iónicas y presentan una apreciable conductividad eléctrica. Ejemplo: Soluciones acuosas de ácidos y bases, sales. No electrolíticas: Su conductividad es prácticamente nula; no forma iones y el soluto se disgrega hasta el estado molecular. Ejemplo: soluciones de azúcar, alcohol, glicerina. Factores a influyen en la Solubilidad 1. Naturaleza del soluto y solvente Los solutos polares son solubles son solubles en disolventes polares y los apolares en disolventes apolares, ya que se establecen los enlaces correspondientes entre las partículas de soluto y de disolvente. Es decir lo “similar disuelve a lo similar” Cuando un líquido es infinitamente soluble en otro líquido se dice que son miscibles, como el alcohol en agua. Efecto de la temperatura Solubilidad de sólidos en líquidos: La variación de la solubilidad con la temperatura está relacionada con el calor absorbido o desprendido durante el proceso de disolución. Si durante el proceso de disolución del sólido en el líquido se absorbe calor (proceso endotérmico), la solubilidad aumenta al elevarse la temperatura; si por el contrario se desprende calor del sistema (proceso exotérmico), la solubilidad disminuye con la elevación de la temperatura Curvas de solubilidad Efecto de la temperatura Solubilidad de gases en líquidos: Al disolver un gas en un líquido, generalmente, se desprende calor, lo que significa que un aumento de temperatura en el sistema gas-líquido, disminuye la solubilidad del gas porque el aumento de energía cinética de las moléculas gaseosas provoca colisiones con las moléculas del líquido, disminuyendo su solubilidad. Efecto de la presión En sólidos y líquidos: La presión no afecta demasiado la solubilidad de sólidos y líquidos; sin embargo, sí es muy importante en la de los gases. En gases: La solubilidad de los gases en líquidos es directamente proporcional a la presión del gas sobre el líquido a una temperatura dada. Ley de Henry Solubilidad de gases en líquidos “La solubilidad de un gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas sobre el líquido” S = kH . P Se cumple para gases que no reaccionan con el solvente. Es útil para gases permanentes, es decir, por encima del punto crítico. Ley de Henry (cont.) La constante de la Ley de Henry depende de T y tiene unidades diferentes en función de la expresión de las unidades de concentración. El inverso de la constante de Henry es la “solubilidad” del gas en el líquido. Linkografía y Bibliografía http://www.slideshare.net/junior198619/lquid os-6337200 http://www.slideshare.net/madridmgd/liquido s-3630563 Química, La ciencia central. Brown. Química. Petrucci. Química General. Mahan. PROCURE DEDICAR SU MAYOR ESFUERZO Y TENDRÁ EXITOS EN TODO LO QUE SE PROPONGA. Gracias por su atención
