QUIMICA Unidad N 1: - PARTE B SOLUCIONES MAGNITUDES ATÓMICO-MOLECULAR Profesora Mercedes Caratini - QUIMICA- ET 28 REPÚBLICA FRANCESA 1
SOLUCIONES Una solución es un sistema homogéneo, en el cual las partículas dispersas son iones, moléculas o grupos muy pequeños de ellas, menores de 10 3 átomos por partícula, que no pueden filtrarse ni sedimentar. Las soluciones se forman por combinación entre líquidos, gases y sólidos. Por ejemplo: Las amalgamas que utilizan los odontólogos son soluciones de plata en mercurio (sólido en líquido). El vinagre es una solución de ácido acético en agua (líquido en líquido). Los componentes de una solución se llaman soluto y solvente: Soluto: (st) es la sustancia que se encuentra en menor proporción. Solvente: (sv) es la sustancia que se encuentra en mayor proporción. Coincide con el estado de agregación de la solución. La masa de la solución es entonces: Masa sc = masa st + masa sv Las partículas del soluto tienen un diámetro menor a 1 nm. Los átomos y moléculas del soluto se incorporan a la estructura del solvente. Por ejemplo: una solución está formada por 1 g de NaCl (cloruro de sodio) y 80 g de H2O (agua), el soluto es el NaCl y el solvente es el H2O. Las soluciones se clasifican según el estado físico del soluto y del solvente. Las clases de soluciones más frecuentes son: Sólido- líquido: agua salada. Líquido- líquido: agua y alcohol. Gas- líquido: agua y dióxido de carbono. Gas-gas: aire. Cuando se expresa la cantidad de soluto que hay en una solución se expresa su concentración. Para expresar la concentración de una solución existen dos formas: A. Formas físicas: 1) % m/m: indica los gramos de soluto que hay disueltos en 100 g de solución. Por ejemplo: una solución acuosa de permanganato de potasio al 5 % m/m, significa que en 100 g de solución hay 5 g de permanganato de potasio. (5g de st + 95 g de sv = 100 g de sc) 2) % m/v: indica los gramos de soluto que hay disueltos en 100 cm 3 de solución. Por ejemplo: una solución acuosa de sulfato de cobre al 25% m/v significa que en 100 cm 3 de solución hay 25 g de sulfato de cobre. 3) % v/v: indica los cm 3 de soluto que hay disueltos en 100 cm 3 de solución. Por ejemplo: una solución de alcohol en agua al 10% v/v, significa que en 100 cm 3 de la solución hay 10 cm 3 de alcohol. 2
4) Partes por millón: (ppm): indica la cantidad de partes de soluto que hay en un millón de partes de la solución Por ejemplo el aire contiene 0,5 ppm de dióxido de carbono significa que en un millón de partes de aire, 0,5 partes son de dióxido de carbono. B. Formas químicas: 1. Molaridad (M): indica el número de moles de soluto que hay disueltos en 1 dm 3 de solución. Por ejemplo una solución acuosa de nitrato de plata 15 M, contiene 15 moles de nitrato de plata en 1 dm 3 de solución. En fórmula: 2. molalidad (m): indica el número de moles de soluto que hay disueltos en 1 Kg. de solvente. Por ejemplo: una solución acuosa de nitrato de plata 2 m, contiene 2 moles de soluto en 1 Kg. de solvente (agua). En fórmula: 3. Fracción molar del soluto (χst): indica la relación entre el número de moles de soluto y la cantidad total de moles. La cantidad total de moles es la suma de los moles de soluto y los moles de solvente. Por ejemplo si tengo 1,2 moles de soluto y 10 moles de solvente, la cantidad total de moles es 11,2 moles. La fracción molar no tiene unidades y puede tomar valores entre 0 y 1. En fórmulas: SOLUBILIDAD Según la teoría cinético-molecular, cuando un sólido cristalino se pone en contacto con un solvente, se manifiestan fuerzas de atracción de las moléculas del solvente hacia las del soluto. Estas fuerzas actúan 3
oponiéndose a las que mantienen unidas a las moléculas del soluto que forman los cristales y terminan arrancando las moléculas o iones del cristal. Estas partículas difunden hacia todas partes dentro del líquido, unidas débilmente a las moléculas del solvente. Las moléculas o iones disueltos siguen ejerciendo atracción entre sí, pero ahora están demasiado alejadas unas de otras como para formar un cristal. Al agregar más soluto aumenta su número y la distancia entre ellos se hace cada vez menor, hasta que pueden volver a formarse los cristales. Cuando hay suficientes moléculas o iones disueltos se llega a un estado de equilibrio dinámico, donde por cada molécula o ión que se disuelve, otro cristaliza. En ese punto se dice que la solución está saturada y que la concentración del soluto es la solubilidad para dicho soluto en ese solvente. Los cambios de temperatura alteran ese equilibrio y la solubilidad se modifica. La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que admite cierto solvente a una temperatura y presión determinada y es constante para ese soluto-solvente. Por ejemplo la solubilidad de iodo en etanol a 15 C y 1 atm es 205 g I2/dm 3 de etanol. Significa que a esa temperatura en 1 dm 3 de etanol no puedo disolver más de 205 gramos de iodo. Si cambio la temperatura puedo disolver más o menos iodo. Suelen utilizarse gráficos para expresar estas variaciones llamados Curvas de solubilidad, por ejemplo En esta curva se observa que al aumentar la temperatura se disuelve mayor cantidad de soluto en 100 g de agua. Cada soluto tiene una solubilidad diferente y esto se observa al realizar las curvas de solubilidad correspondientes. 4
En este gráfico se observa que la solubilidad del NaCl varía poco con el aumento de la temperatura, no ocurre lo mismo con el KNO3. 1. Soluciones saturadas: Tipos de soluciones Una solución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más soluto a esa temperatura. Justamente la curva de solubilidad es el lugar geométrico de todos los puntos que indican la concentración de la solución saturada (solubilidad) para cada temperatura. 2. Soluciones no-saturadas ó insaturadas: a. Concentradas: Una solución está concentrada cuando su concentración es cercana a la de la solución saturada o sea que la cantidad de soluto disuelto está próxima a la saturación. b. Diluidas: Una solución está diluida cuando su concentración está muy lejana de la concentración de la solución saturada. 3. Soluciones sobresaturadas: 5
Una solución es sobresaturada a una determinada temperatura cuando tiene más soluto que el de la solución saturada a esa temperatura. Son soluciones inestables, ya que por el agregado de un pequeño cristal o por una perturbación mecánica (por ejemplo: agitación), se provoca la precipitación del exceso de soluto que estaba disuelto, quedando así una solución saturada. Para obtener una solución sobresaturada se prepara una solución saturada en contacto con un exceso de soluto sin disolver a esa temperatura, luego se la calienta y el exceso de soluto se disuelve. Se obtiene así un conjunto de soluciones no saturadas a esa nueva temperatura, luego se enfría muy lentamente sin perturbaciones mecánicas para que no precipite el exceso de soluto. Obteniéndose así una solución sobresaturada a la temperatura inicial. 6