DISOLUCIONES 1.- QUÉ ES UNA DISOLUCIÓN? Disoluciones, en química, mezclas homogéneas de dos o más sustancias. El soluto es el componente que se encuentra en distinto estado físico que la disolución; y el disolvente es la sustancia que está en igual estado físico que la disolución. Cuando hay una ruptura de enlaces hay una reacción química y un cambio energético. El soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido, y el disolvente puede ser también un gas, un líquido o un sólido. El agua con gas es un ejemplo de un gas (dióxido de carbono) disuelto en un líquido (agua). Las mezclas de gases, como ocurre en la atmósfera, son disoluciones. Las disoluciones verdaderas se diferencian de las disoluciones coloidales y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular, y se encuentran dispersas entre las moléculas del disolvente. Observadas a través del microscopio, las disoluciones aparecen homogéneas y el soluto no puede separarse por filtración. Las sales, ácidos y bases se ionizan al disolverse en agua. Algunos metales son solubles en otros en estado líquido y solidifican manteniendo la mezcla de átomos. Si en dicha mezcla los dos metales pueden solidificar en cualquier proporción, se trata de una disolución sólida llamada aleación. 2.-MECANISMO DE DISOLUCIÓN Y DE HIDRATACIÓN DE IONES. Las moléculas del disolvente universal (agua H 2 O) son polares; es decir, tienen una parte más positiva y otra parte más negativa. Con lo cual, al meter un compuesto químico en el agua, la zona más positiva de esta molécula tiende a ir hacia el anión y la negativa hacia el catión. Más tarde, el agua rodea a los iones y a los cationes y si puede los arranca.
A este proceso se le llama hidratación si el disolvente es agua, y solvatación si el disolvente es otro compuesto. El agua es el disolvente universal ya que es polar, porque hace que la constante ( K ) de la ley de Coulomb sea muy pequeña, y porque el Oxígeno (O) es uno de los elementos más electronegativos y el Hidrógeno (H) uno de los que menos, por lo cual el agua tiene una constante dieléctrica muy elevada: q + q - F = K --------------- r 2 Más electronegativos. 3.- CARACTERÍSTICAS DE UNA DISOLUCION
Las disoluciones se caracterizan por tener una fase homogénea, es decir, tiene las mismas características en todos sus puntos, o lo que es lo mismo: el aspecto, sabor, color, etc. son siempre los mismos. Si una disolución está turbia ya no es una disolución; y existen disoluciones de todos los estados físicos en todos los estados físicos en todos los estados físicos. SOLIDO LÍQUIDO GÁS SÓLIDO Aleaciones LÍQUIDO NaCl en H 2 O Alcohol en H 2 O O 2 en agua GÁS Aire Las disoluciones verdaderas son con un disolvente líquido. Las disoluciones se pueden manipular, conlo cual la sobresaturas. 4.- COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN Los componentes de una disolución son el soluto y el disolvente: - Si el soluto es un sólido y el disolvente un líquido: El soluto es aquel de los reactivos que está en distinto estado físico que la disolución y el disolvente es aquel que está en el mismo estado físico que la disolución: EJ: Soluto: NaCl Disolvente: H 2 O - Si el soluto y el disolvente son líquidos: El soluto es aquel del cual hay menos cantidad en la disolución y el disolvente es aquel del cual hay más cantidad. EJ: Soluto: HCl Disolvente: H 2 O Seleccionando el disolvente adecuado, se puede separar un ingrediente o grupo de ingredientes de un sustancia compleja. Este proceso se llama extracción con disolventes. Por ejemplo, un disolvente puede extraer una fragancia o sabor de una planta o
sustancia animal. Una vez disuelta, se puede concentrar la fragancia o sabor evaporando el disolvente. En un proceso de extracción con disolventes bien diseñado, el disolvente se recupera y se vuelve a utilizar una y otra vez. El soluto no es sólo un componente pasivo o inerte de la disolución. Tanto el disolvente como el soluto se pueden considerar activos. 5.- TIPOS DE DISOLUCIONES: DILUIDA, CONCENTRADA Y SOBRESATURADA. Las disoluciones se pueden clasificar según su concentración en: Diluidas: En estas, hay muy poca cantidad de soluto, el disolvente puede seguir admitiendo más soluto. Concentradas: En ellas hay bastantante cantidad de soluto disuelto, pero el disolvente todavía puede seguir admitiendo más soluto. Saturadas: Son aquellas que a una temperatura determinada no pueden seguir admitiendo más soluto. Si la temperatura aumenta, la capacidad para admitir más soluto aumenta. Sobresaturadas: Son aquellas que estando saturadas a una temperatura determinada, se aumenta esta para poder echar más soluto, y se vuelve a bajar con cuidado para que no precipite. Si se les añade más soluto o se mueve bruscamente, precipita.
6.-FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN: La velocidad de reacción de una disolución depende de varios factores: 6.1.- Temperatura: Al aumentar la temperatura también aumenta la velocidad de la disolución y es capaz de admitir más soluto. No todos los solutos actuan igual, los sólidos y los líquidos aumentan la velocidad con la temperatura, pero en los gases disminuye. A su vez, al aumentar la temperatura, facilitamos a las moléculas que puedan vencer a la fuerza que mantiene unido el cristal, e incrementamos el desorden molecular y por lo tanto de que se choquen entre ellas. 6.2.- Grado de subdivisión: Cuanto mas dividido está un soluto más rápido se divuelve, porque el agua tiene más iones a los que rodear para tirar de ellos. Favorecemos el desorden molecular y permitimos que la acción atractiva del disolvente sobre las moléculas de soluto sea mayor. 6.3 Agitación: Al agitar la disulución ayudamos al disolvente en el proceso de hidratación de los iones, ya que favorecemos la salida de los iones más externos de la red iónica, de este modo damos paso a los siguientes más rápido y el agua puede entrar en el interior de la red. 7.) FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACION DE LA DISULUCION Existen distintas formas de expresar la concentración de una disolución, pero las dos más utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M). Los gramos por litro indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un determinado volumen de disolución, expresado en litros. Así, una disolución de cloruro de sodio con una concentración de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un litro de disolución.
La molaridad se define como la cantidad de sustancia de soluto, expresada en moles, contenida en un cierto volumen de disolución, expresado en litros, es decir: M = n/v. El número de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto. Por ejemplo, para conocer la molaridad de una disolución que se ha preparado disolviendo 70 g de cloruro de sodio (NaCl) hasta obtener 2 litros de disolución, hay que calcular el número de moles de NaCl; como la masa molar del cloruro de sodio es la suma de las masas atómicas de sus elementos, es decir, 23 + 35,5 = 58,5 g/mol, el número de moles será 70/58,5 = 1,2 y, por tanto, M = 1,2/2= 0,6 M (0,6 molar). Por lo tanto hay muchas formas de exprear la concentración de una disolución: Concentración de pocentaje en peso: gramo de soluto : 100 gramos de disolución Concentración en porcentaje volumen: cm 3 de soluto : 100 cm 3 de disolución Concentración normal: número de equivalente de soluto : volumen de la disolución Número de equivalentes = masa del soluto : masa equivalente Masa equivalente = masa moléculas : número de H + en el OH intercambiados (gramos/litro) = gramos de soluto : volumen de la disolución Molaridad = número de moles de soluto : volumen de la disolución Pero sólo vamos a estudiar las dos últimas en los dos siguientes puntos.
8.-) CALCULO DE LA CONCENTRACIÓN EN GRAMOS/LIBRO La forma mas usada de expresar la concentración es esta junto con la molaridad. La concentración en gramos/litro se calcula dividiendo la masa del soluto expresada en gramos entre el volumen de la disolución expresada en litros, nunca de disolvente, porque al usar matraces aforados de medidas redondas, si pusiéramos 250 cm 3 de disolvente al añadir el soluto el volumen aumentaría. Ej. 1,25 g de NaCl 250 cm 3 H 2 O (g/l) = 1,25 : 0,25 = 5 Los gramos por litro indican la cantidad de soluto expresada en gramos que contiene un litro de disolución. 9.-) CALCULO DE LA CONCENTRACION MOLAR La otra forma de expresar la concentración es en molaridad. La molaridad se define como la cantidad de sustancia de soluto en moles contenidos en cierto volumen de disolución expresado en litros. El número de moles equivale al cociente entre la masa de un mol (masa molar) de soluto. Para calcular esto se pueden dar varios casos: 9.1) A partir de g/l Si nos dan la concentración en gramos/litro tomamos el número que nos dan y lo expresamos en gramos, dividimos este entre la masa molecular del soluto y todo esto a su vez entre un litro. Ej: 1.000 cm 3 H 2 O 5 g NaCl concentración 5 g/l (5 : 58,5) : 1 = 0,08547 0,08547 M 9.2) Cuando el soluto es un sólido
Se calcula dividiendo el número de moles de soluto entre el volumen de la disolución. El número de moles se calcula dividiendo la masa entre la masa molecular. Ej: 0,319 g de CuSO 4 0,1 litros de H 2 O masa molecular del CuSO 4 = 159,5 Número de moles de soluto = 0,319 : 159,5 = 0,002 Molaridad = 0,002 : 0,1 = 0,02 0,02 M 9.3.- Cuando el soluto es un líquido Cogemos la molaridad de la disolución, que es igual al número de moles de soluto que no conocemos dividido entre el volumen de la disolución. Como el único datos que no conocemos es el del número de soluto lo igualamos a X y hayamos este dato. Y con él hayamos a su vez la masa del soluto igualando esta al número de moles por la masa molecular. Luego cogemos la densidad (conocida) que es igual a la masa (conocida) entre el volumen desconocido). Como el volumen es el único dato desconocido lo igualamos a X y lo hayamos. Ej: Calcula del volumen necesario de HCl para preparar una disolución 6M de 250 cm 3 si el ácido es puro. Molaridad = 6 volumen disolución = 0,25 l M = Nº moles soluto : volumen disolución 6 = X : 0,25 X = 6 x 0,25 = 1,5 1,5 moles Nº moles = masa : masa molecular 1,5 = X : 36,5 X = 36,5 x 1,5 = 54,75 g
D = masa : volumen 1,18 = 54,75 : X X = 54,75 : 1,18 = = 46,39830508475 9.4.- Cuando el soluto es un ácido de riqueza conocida. Repetimos los pasos del punto anterior pero ahora hacemos una regla de tres. 100 ------- ------ riqueza X ------- ------ volumen Ej: Calcula el volumen necesario de HCl para preparar una disolución 2M de un litro conun ácido de riqueza del 35% 10.) FORMA DE PREPARAR UNA DISOLUCIÓN EN EL LABORATORIO Se coge un matraz aforado de un volumen determinado y se enjuaga con agua destilada. Se pesa una cantidad de soluto, por ejemplo NaCl y se echa en un vaso de precipitados, se va diluyendo poco a poco con agua destilada y vertiéndolo en el matraz hasta que esté prácticamente lleno, entonces se va echando poco a poco el agua destilada con una pipeta pasteur hasta enrasar la parte baja del menisco con la línea de aforo. Se tapa el matraz y se agita para mezclar la última parte de agua echada.
1.) QUÉ ES UNA DISOLUCIÓN? 2.) MECANISMO DE DISOLUCIÓN Y DE HIDRATACIÓN DE IONES 3.) CARACTERÍSTICAS DE UNA DISOLUCIÓN 4.) COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN 5.) TIPOS DE DISOLUCIONES: DILUIDA, CONCENTRADA, SATURADA Y SOBRESATURADA 6.) FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN 6.1) Temperatura 6.2) Grado de subdivisión 6.3.) Agitación 7.) FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE LA DISOLUCIÓN 8.) CALCULO DE LA CONCENTRACIÓN EN GRAMOS LITRO 9.) CALCULO DE LA CONCENTRACIÓN MOLAR 9.1) Cuando el soluto es un sólido 9.2) A partir de g/l
9.3) Cuando el soluto es un líquido 9.4) Cuando el soluto es ácido de riqueza conocida 10.) FORMA DE PREPARAR UNA DISOLUCIÓN EN EL LABORATORIO A