DISOLUCIONES Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias (componentes) en proporciones variables. Soluto es la sustancia que se encuentra en menor proporción. Disolvente es la sustancia que se encuentra en mayor proporción Las disoluciones cuyo disolvente es agua se denominan acuosas. 1. Clasificación. a) En función del estado físico inicial de soluto y disolvente, y teniendo en cuenta que la disolución adopta el estado de éste, se pueden considerar los siguientes casos: SOLUTO DISOLVENTE EJEMPLO Aleaciones Amalgamas Hidrógeno ocluido en Pd Azúcar en agua Alcohol en agua Amoniaco comercial Humo Niebla Aire b) según la proporción de soluto respecto a la de disolvente, las disoluciones pueden ser: Diluida: Si la proporción de soluto respecto a la de disolvente es pequeña. Concentrada: Si la proporción de soluto respecto a la de disolvente es grande. Saturada: Una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando a esa temperatura contiene la máxima cantidad posible de soluto disuelto. 1
Sobresaturada: Si contienen más cantidad de soluto de la que realmente admite el disolvente. Esta solución es metaestable, basta cualquier ligera alteración de factores externos para que el soluto precipite. La solubilidad de una sustancia es los gramos de soluto que se disuelven en 100 gramos de disolvente (es la concentración de soluto en su solución saturada). La solubilidad depende entre otros factores de la naturaleza de los componentes, así como de la temperatura. Para sólidos y líquidos la solubilidad aumenta con la temperatura, para gases disueltos en líquidos la solubilidad disminuye con la temperatura. La solubilidad de sólidos y líquidos en disolventes líquidos es prácticamente independiente de la presión (con el aumento de presión aumentaría el volumen, pero este aumento es siempre pequeño). Los gases siempre se disuelven en los líquidos con una disminución considerable del volumen total. Esto significa que el aumento de presión favorece la disolución. La solubilidad de un gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial que ejerce el gas sobre el líquido (ley de Henry): x = H p X = fracción molar del gas en disolución p = presión parcial en la fase gaseosa H = constante de Henry (depende de la temperatura) 2
2. Concentración de las disoluciones Para expresar la composición de una disolución se utiliza el concepto de concentración. Concentración de una disolución es la cantidad de soluto que existe en una determinada cantidad de disolvente o de disolución. Existen diversas formas de expresar la concentración: a) Porcentaje en masa: Número de gramos de soluto contenidos en 100 gramos de disolución. masa de soluto (% en masa) = 100 masa de disolución b) Porcentaje en volumen: Número de litros (o ml) de soluto contenidos en 100 Litros (o ml) de disolución volumen de soluto (% en volumen) = 100 volumen de disolución c) Concentración en gramos por litro: Número de gramos de soluto contenidos en un litro de disolución. c= masa de soluto en gramos volumen de disolución en litros d) Molaridad (M): es el número de contenidos en cada litro de disolución. M= volumen de disolución en litros e) Molalidad (m): definida como el numero de que hay en cada kilogramo de disolvente m= masa de disolvente en kilogramos 3
f) Fracción molar (x s ) es el cociente entre el número de y el número de moles totales de la disolución. Ejemplo: x s = - moles de disolvente Diez gramos de ácido ascórbico (vitamina C C 6 H 8 O 6 ) se disuelven en agua para hacer 125 ml de dislolución. Calcular las diferentes formas de expresar la concentración del soluto. 3. Propiedades Coligativas Las propiedades de una disolución que dependen de la concentración de soluto (y no de su identidad), se denominan coligativas. Estas propiedades incluyen disminución de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, descenso del punto de congelación, y de la presión osmótica. Descenso de la presión de vapor La tendencia a escapar de un disolvente se mide por su presión de vapor. La relación cuantitativa entre el descenso de la presión de vapor y la concentración en una solución ideal se establece mediante la ley de Raoult: la presión parcial de vapor de un componente en una solución es igual a la fracción molar de aquel componente por su presión de vapor en estado puro. o 1 x1 p1 p = (cuando en una disolución ambos componentes son volátiles, se aplica la ley de Raoult a cada uno de ellos) Ejemplo: El tolueno y el benceno forman soluciones ideales. A 60 ºC la presión de vapor del tolueno es 139 mmhg y la del benceno 392 mmhg. En una disolución líquida en la que la fracción molar del tolueno es 0,6 cual es, (a) la presión parcial de vapor de cada componente, (b) la presión total de vapor?, (c) la fracción molar de tolueno en la fase vapor? 4
Elevación del punto de ebullición Un líquido bulle a una temperatura en la que su presión de vapor iguala la presión atmosférica. Para cada temperatura la presión de vapor de una disolución disminuye por la presencia de soluto, y por ello es necesario calentar la disolución a una temperatura mayor, con el fin de alcanzar el punto de ebullición. Para disoluciones diluidas, la elevación del punto de ebullición es proporcional a la concentración molal del soluto : K b depende del disolvente T b = K b m Descenso del punto de congelación La presencia de soluto siempre disminuye el punto de congelación del disolvente.la relación entre el descenso del punto de congelación y la molalidad es directamente proporcional en disoluciones diluidas (similar al caso de elevación del punto de ebullición) T f = - K K f depende del disolvente f m Presión osmótica Se denomina ósmosis al proceso de transferencia de disolvente hacia una disolución (disolvente más soluto) separados por una membrana semipermeable. La presión osmótica representa la presión que debe ejercerse sobre la disolución para equilibrar el sistema. En una disolución diluida existe una relación directa entre la presión osmótica, la concentración molar del soluto y la temperatura: (ley de vant Hoff): π = MRT 5