TEMA 7 SOLUCIONES
Concepto
Una solución se define como una mezcla homogénea, a nivel molecular, de dos o más sustancias en la cual no ocurre la separación de
fases. Una solución se compone de un solvente y uno o más solutos cuyas proporciones pueden variar de una solución a otra. En
contraste, una sustancia pura tiene composición fija. El solvente es el medio en el cual se disuelven los solutos
soluto y solvente
El solvente es el medio en el cual se disuelven los solutos. Estos suelen disolverse para dar iones o moléculas en solución.
el soluto es la sustancia que se disuelve, es decir, que se combina con otra sustancia, que es el Solvente
clases de soluciones
| Diluidas: cuando proporcionalmente tiene poco soluto
| Concentrada: cuando proporcionalmente tiene abundante soluto
| Saturada: cuando la abundancia de soluto es tal que el solvente no es capaz de disolver mas soluto a una determinada temperatura
| Sobresaturada: cuando tiene mas soluto que su punto de saturación a una temperatura determinada, la sobresaturación se logra
mediante procesos especiales
el proceso de la disolución
una sustancia puede disolverse con o sin reacción en el disolvente
la facilidad del proceso de disolución depende de 2 factores
1) El cambio de energía (exotermicidad o endotermicidad)
2) El cambio de desorden (entropía) que acompaña el proceso.
El proceso procede hacia la disminución de energía del sistema, lo cual corresponde a un proceso exotérmico y hacia un incremento o
desorden del sistema
Al primer factor de lo llama calor de solución H solu. En un líquido puro, las fuerzas intermoleculares se producen todas entre
moléculas similares
Las interacciones que afectan la disolución son:
| atracciones disolvente - soluto
| atracciones soluto - solvente
|atracción disolvente - disolvente
soluciones de sólidos en líquidos
La capacidad de un sólido para disolverse depende en gran medida de su energía de la red cristalina, esto es, la fuerza de las
atracciones entre las partículas que conforman el sólido. La energía de la red cristalina se define como el cambio de energía que
acompaña a la formación de una mol de unidades formulares en estado cristalino a partir de sus partículas componentes en estado
gaseoso. Este proceso siempre es exotérmico, esto es, la energía de la red cristalina siempre es negativa. En un sólido iónico, el proceso se
escribe como energía
La cantidad de energía que abarca este proceso depende de la atracción electrostática entre los iones en el sólido. Cuando estas
atracciones son intensas debido a las altas cargas o a los tamaños de iones pequeños, se desprende una gran cantidad de energía
conforme se forma el sólido y, por lo tanto, aumenta su estabilidad.
El proceso inverso de la reacción de formación de cristales es la separación del cristal en iones separados en fase gaseosa. MX(s) 1
energía M1(g) 1 X2(g)
Este proceso puede considerarse como la primera etapa hipotética de formación de una solución de un sólido en un líquido. Es siempre
endotérmico. Cuanto más pequeña sea la magnitud de la energía de la red cristalina (una medida de las interacciones soluto-soluto),
tanto más pronta será la disolución porque debe suministrarse menos energía para iniciar el proceso de disolución.
El tercer factor que contribuye al calor de solución es el grado al que las moléculas del solvente interactúan con las partículas del sólido.
El proceso mediante el cual las moléculas del solvente rodean e interactúan con los iones o moléculas del soluto recibe el nombre de
solvatación.
El enunciado “lo semejante disuelve a lo semejante” significa que los solventes polares disuelven a los solutos iónicos y moleculares de tipo
polar y que los solventes no polares disuelven a los solutos moleculares de tipo no polar.
soluciones no saturadas, saturadas y sobresaturadas
| Soluciones saturadas
Cuando la concentración de un soluto es igual a su solubilidad
1
Contiene la máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura especifica
| Soluciones sobresaturadas
En el caso de algunas sustancias es posible preparar soluciones que contienen mas soluto que el indicado por la concentración de equilibrio
Estas pueden prepararse por saturación de una solución a temperaturas elevadas, la solución sobresaturada es METAESTABLE (estado de
seudoequilibrio)
Se forman cristales de inmediato si se somete a una ligera perturbación (o si se “Siembra” con una partícula de polvo o cristal diminuto)
No son muy estables
| No saturadas
Si la concentración del soluto es menos a su solubilidad
Contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver
variación de la solubilidad con la temperatura
Establece que cuando un sistema en equilibrio se somete a un estrés, el sistema responde de forma que contrarresta el estrés.
Recuerde que en los procesos exotérmicos se libera calor y en los procesos endotérmicos se absorbe calor.
Exotérmico: reactivos productos + calor
1
Solubilidad: a una determinada temperatura es concentración de la solución saturada.
La concentración de una solución está dado por la porción de soluto en la misma. Es la relación que hay entre la masa o volumen
del soluto y la masa o volumen del solvente o solución.
Endotérmico: reactivos calor + productos
Muchos sólidos iónicos se disuelven en procesos endotérmicos.
Su solubilidad en agua suele aumentar conforme se suministra calor y aumenta la temperatura
formas de expresar la concentración: unidades físicas y químicas
Molaridad (M)
definimos la molaridad como el número de moles de soluto en 1 L de disolución, es decir,
molaridad =
Molalidad (m)
La molalidad es el número de moles de soluto disueltos en 1 kg (1 000 g) de un disolvente, es decir
molalidad =
Fracción molar (X)
La fracción molar de un componente de una disolución, el componente A, se representa como Xa y se define:
Fracción molar del componente A = Xa =
La fracción molar no tiene unidades, debido a que también representa una relación de dos cantidades semejantes.
Normanilada (N)
Unidad de concentración que corresponde al número de EQ(equivalentes) de soluto por litro de solución
Normalidad=
| para el caso de los ácidos se refiere a la cantidad de cargas de los hidrógenos H+
| para las bases a la cantidad de cargas negativos de los grupos hidroxilo OH-
| para las sales se refiere a los cationes de la sal
soluciones de gases en líquidos
la solubilidad de cualquier gas en un líquido aumenta en un líquido aumenta al aumentar la presión del gas. Cuando un gas está en
contacto con un líquido, se establece un equilibrio dinámico. La velocidad con que las moléculas de gas ingresan en la fase liquida es igual
a la velocidad con que las moléculas del gas escapan del líquido. Si se incrementa la presión, las moléculas de gas chocan con la
superficie del liquido mas a menudo, y por consiguiente amenta la tasa de disolución. Se establece un nuevo equilibrio cuando la velocidad
de escape se eleva hasta igualar la de disolución
los gases polares sean más solubles en solventes polares y que los gases no polares sean más solubles en líquidos no polares.
ley de Hennry
Establece que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión de la presión del gas sobre la disolución
cp
p=k.c
c: es la concentración molar (mol/L) del ga disuelto (molaridad)
p: es la presión (atm) del gas Sobre la disolución
k: es una constante que solo depende de la temperatura (mol/L. ATM)
soluciones de líquidos en liquidas
El término miscibilidad se usa para describir la capacidad de un líquido para disolverse en otro.
los tres tipos de interacciones de atracción (soluto-soluto, solvente-solvente y solvente-soluto) deben considerarse para las soluciones
líquido-líquido. Puesto que la atracción soluto-soluto suele ser mucho más débil en los solutos líquidos que en los solutos sólidos, este factor
es menos importante y, por esta razón, el proceso de mezclado suele ser exotérmico en líquidos miscibles. Los líquidos polares tienden a
interactuar bastante y se disuelven con facilidad en otros líquidos polares.
Si el componente principal de la mezcla es el agua, este calor puede absorberse con un incremento de temperatura menor debido al
calor específico anormalmente alto del H2O. Por esta razón, el ácido sulfúrico (así como los demás ácidos minerales) siempre debe diluir
agregando, con lentitud y cuidado, el ácido al agua. Nunca debe agregarse agua al ácido. Si hubiera salpicaduras cuando se agrega ácido
al agua, lo que salpica es agua en su mayor parte, no ácido concentrado corrosivo que al principio tiende a quedarse en el fondo del
contenedor.
Los líquidos no polares que no reaccionan con el solvente, en general, no son muy solubles en líquidos polares debido a la ausencia de
fuerzas de interacción. Se dice que son inmiscibles.
Solubilidad
Presión
Sin embargo, los líquidos no polares suelen ser muy solubles (miscibles) en otros líquidos no polares. Entre moléculas no polares (semejantes
o diferentes) sólo existen fuerzas de dispersión, las cuales son débiles y se superan con facilidad. En consecuencia, cuando se mezclan dos
líquidos no polares, sus moléculas sólo se “deslizan” entre sí.
propiedades coligativas de las soluciones diluidas
Las propiedades físicas de las soluciones dependen del número, no del tipo, de partículas de soluto en una cantidad dada de solvente.
Hay cuatro propiedades coligativas importantes de una solución que son directamente proporcionales al número de partículas de soluto
presentes.
Las propiedades son:
1) Descenso de la presión de vapor,
2) ascenso ebulloscópico.
3) Descenso crioscópico.
4) presión osmótica.
descenso de la presión de vapor
La presión de vapor de un líquido depende de la facilidad con que sus moléculas puedan escapar de la superficie del líquido. Cuando un soluto se
disuelve en un líquido, las moléculas de soluto ocupan una parte del volumen total de la solución; por lo tanto, hay muchas menos
moléculas de solvente por unidad de área en la superficie de la solución. Por esta razón, las moléculas del solvente se vaporizan con
menor velocidad a causa de la presencia del soluto.
ley de raoult
El abatimiento de la presión de vapor de un solvente puro debido a la presencia de solutos no volátiles y no ionizables se resume en la
ley de Raoult.
La presión de vapor de un solvente en una solución ideal es directamente proporcional a la fracción molar del solvente en la solución.
P solvente = X solvente. P 0 solvente
X solvente es la fracción molar del solvente en una solución
P 0 solvente es la presión de vapor del solvente puro
Solvente es la presión de vapor del solvente en la solución
ascenso ebulloscopio y descenso crioscopico
Ascenso ebulloscópico
Según la ley de Raoult, la elevación del punto de ebullición de un solvente a causa de la presencia de un soluto no volátil no ionizado es
directamente proporcional a las moles de soluto disueltas en una masa dada de solvente. En términos matemáticos, la elevación del
punto de ebullición se expresa como:
T = Ke .
T: representa a la elevación del punto de ebullición del solvente, es decir, el punto
de ebullición de la solución menos el punto de ebullición del solvente puro.
: es la molalidad del soluto
Ke: una constante de proporcionalidad que recibe el nombre de constante de elevación del punto de ebullición.
Las unidades de Ke son °C/m.
Descenso crioscopico
. El punto de congelación de un líquido es la temperatura a la cual las fuerzas de atracción entre las moléculas son lo suficientemente
grandes como para superar su energía cinética y causar un cambio de fase del estado líquido al estado sólido. En términos estrictos,
el punto de congelación (fusión) de una sustancia es la temperatura a la cual las fases sólida y líquida se encuentran en equilibrio.
Cuando una solución diluida se congela, el solvente es el primero que comienza a solidificarse y el soluto queda en una solución más
concentrada. En una solución, las moléculas de solvente se encuentran un poco más separadas entre sí de lo que estarían en el solvente
puro. En consecuencia, la temperatura de la solución debe estar por debajo del punto de congelación del solvente puro para poder
congelarse.
Δ Tc=Kc .m
osmosis y presión osmótica
La ósmosis es el proceso espontáneo mediante el cual las moléculas del solvente pasan a través de una membrana semipermeable de
una solución de baja concentración de soluto a una solución de alta concentración del mismo. Las moléculas del solvente (en este caso el
agua) pueden pasar a través de la membrana en cualquier dirección, pero se observa que la velocidad con que pasan hacia la solución
más concentrada es mayor que la velocidad con que lo hacen en dirección opuesta. La diferencia inicial entre las dos velocidades es
directamente proporcional a la diferencia de concentración a través de la membrana. Las moléculas del solvente continúan pasando a
través de la membrana hasta que la presión hidrostática debido al aumento del peso de la solución de la columna que obliga a las
moléculas del solvente a regresar a través de la membrana con la misma velocidad a la que entran desde la solución diluida. La presión
que se ejerce en esta condición recibe el nombre de presión osmótica de la solución.
La presión osmótica depende del número, y no del tipo, de partículas de soluto en la solución; por lo tanto, es una propiedad coligativa.
Las partículas del soluto están bastante separadas en soluciones muy diluidas y sus interacciones entre sí serán insignificantes. En
soluciones muy diluidas, se encuentra que la presión osmótica, π, sigue la ecuación
π =
En esta ecuación, n son las moles de soluto en el volumen, V, (en litros) de solución. Las otras magnitudes tienen el mismo significado que
en la ley del gas ideal. El término n/V indica una concentración. En términos de molaridad, M
La presión osmótica aumenta con el incremento de temperatura porque T influye en el número de colisiones solvente-membrana por
unidad de tiempo. También aumenta con el incremento de la molaridad porque M afecta la diferencia del número de moléculas de
solvente que choca contra la membrana desde ambos lados y porque el aumento de M conduce a un impulso más fuerte para equilibrar
la diferencia de concentración por dilución y a acrecentar el desorden de la solución.
propiedades coligativas de soluciones electrolíticas
los electrólitos en disolución se disocian en iones; por lo tanto, cuando se disuelve una unidad de un compuesto de un electrólito se separa
en dos o más partículas.
las ecuaciones de las propiedades coligativas deben modificarse como sigue
SIENDO
molalidad
T final – T inicial
T final – T inicial
K constante
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