DISOLUCIONES

FSICA Y QUMICA 1 BACHILLERATO

DISOLUCIONES

Mezcla homognea de dos o ms componentes.

DISOLVENTE

SOLUTO

Explicar la importancia del estudio de las disoluciones ejemplificando con la enorme cantidad de sistemas materiales que nos rodean que son disoluciones.Indicar que el disolvente es el componente que no cambia de estado, o en el caso de que estn en el mismo estado se reserva el nombre de disolvente al componente mayoritario y solutos para los que aparecen en menor cantidad.

DISOLUCIONES POR TODAS PARTES

La imagen puede servir para ilustrar la enorme cantidad de materiales que nos rodean que son disoluciones.Hay que hacer incapie en que podemos encontrar disoluciones no slo de slidos en lquidos, o de lquidos en lquidos, sino de cualquier estado en cualquier otro.

DISOLUCIONES

SOLVATACIN:

+

Ver vdeo 1 Ver vdeo 2 Al mezclar un soluto slido con un disolvente lquido se establecen interacciones soluto-soluto, disolvente-disolvente y disolvente-soluto. El proceso de disolucin se ve favorecido cuando las dos primeras son relativamente pequeas y la tercera relativamente grande.Las partculas de soluto, aunque hidratadas (o solvatadas) siguen atrayndose.El agua es una molcula dipolar, tiene una parte con carga positiva y otra con carga negativa (aunque en conjunto es neutra). Las molculas de agua rodean los iones por su parte de carga opuesta, debilitando la atraccin de la red inica.La trituracin del slido, la agitacin y el calentamiento favorecen la disolucin de solutos slidos.

CONCENTRACIN DE UNA DISOLUCIN

Las cantidades de los componentes de una disolucin son variables.

CONCENTRACIN: Magnitud que mide la cantidad de soluto en relacin a la cantidad de disolvente o de disolucin.

cantidad de soluto

cantidad de disolvente o de disolucin

CONCENTRACIN =

Dependiendo de como se exprese la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente o de disolucin habr diferentes formas de expresar la concentracin.La concentracin es una magnitud intensiva, ya que no depender de la cantidad de mezcla tomada. La cantidad de soluto se indica para cada unidad de cantidad de disolvente o de disolucin, por lo que es independiente de la cantidad tomada.

DISOLUCIONES SEGN LA CANTIDAD
DE DISOLVENTE

DILUDA: Con muy poco soluto en relacin al disolvente.

CONCENTRADA: Con una elevada cantidad de soluto en relacin al disolvente.

SATURADA: La que contiene la mxima cantidad de soluto posible.

SOBRESATURADA: La que se obtiene saturando la disolucin a alta temperatura y luego enfriando cuidadosamente.

Aqu se puede hablar de los productos que se comercializan como concentrados, contraponindolos a productos diludos.

Hay que mencionar que las disoluciones sobresaturadas son inestables. Basta con agitarlas, rascar con una varilla de vidrio las paredes internas del recipiente o introducir algn cristal de soluto para que el exceso de este se separe bruscamente en forma slida y provoque as una precipitacin.

CLCULO DE LA CONCENTRACIN

PORCENTAJE EN MASA: Masa de soluto por cada 100 unidades de masa de disolucin.

masa de soluto

masa de disolucin

%Masa = x 100

La masa del soluto y la del disolvente deben expresarse en las mismas unidades, un porcentaje no tiene unidades.

ACTIVIDAD:Calcula la concentracin en tanto por ciento en masa de una disolucin preparada disolviendo 70 gramos de bromuro de potasio en 130 gramos de agua.

masa de soluto

masa de disolucin

%Bromuro = x 100

masa de soluto

= x 100 =

(130 + 70) g

70 g

= x 100 =

200 g

70 g

35%

La disolucin es la suma de todos los componentes.El significado de la solucin es que cada 100 gramos de disolucin contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.

ACTIVIDAD:Tenemos una disolucin de bromuro de potasio con una concentracin en tanto por ciento en masa del 35%. Calcula cuntos gramos de bromuro de potasio habr en 80 gramos de esta disolucin.

80 g x

100

35

Calculamos el 35 % de 80.

= 2.4 g

Qu cantidad de la disolucin anterior habr que coger para que contenga 2 gramos de bromuro?

Hay 35 g en 100 g de disolucin

Habr 2g en X g de disolucin

35100

2 X

=

X = 2 100 / 35

X = 5,7 g

La disolucin es la suma de todos los componentes.El significado de la solucin es que cada 100 gramos de disolucin contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.

CLCULO DE LA CONCENTRACIN

PORCENTAJE EN VOLUMEN: Volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de disolucin.

volumen de soluto

volumen de disolucin

%Volumen = x 100

El volumen de soluto y de disolucin deben expresarse en las mismas unidades.

CLCULO DE LA CONCENTRACIN

CONCENTRACIN EN MASAMASA POR UNIDAD DE VOLUMEN (gramos/litro): Gramos de soluto por cada litro de disolucin.

gramos de soluto

litros de disolucin

C (g/l) =

En S.I.: kg/m3

Normalmente se utiliza este modo de expresar la concentracin cuando el soluto es un slido cuya cantidad se mide en unidades de masa y el disolvente es un lquido cuya cantidad se mide en unidades de volumen.

ACTIVIDAD:Calcula la concentracin en gramos por litro de una disolucin preparada disolviendo 20 gramos de cloruro de sodio en 0.25 litros de agua.

masa de soluto

litros de disolucin

C =

masa de soluto

= =

0.25 l

20 g

80 g/l

La disolucin es la suma de todos los componentes.El significado de la solucin es que cada 100 gramos de disolucin contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.

ACTIVIDAD:Tenemos una disolucin de cloruro de sodio en agua, con una concentracin de 80 g/l. Calcula cuntos gramos de cloruro de sodio habr en 0.75 litros de esa disolucin.

masa de soluto

litros de disolucin

C =

masa de soluto

masa de soluto = C x litros de disolucin

masa de soluto = 80 g x 0.75 l = 60 g

l

La disolucin es la suma de todos los componentes.El significado de la solucin es que cada 100 gramos de disolucin contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.

ACTIVIDAD:En la anterior disolucin de cloruro de sodio en agua, con una concentracin de 80 g/l. Calcula cuntos litros habr que coger para que contengan 2 gramos de cloruro de sodio.

masa de soluto

litros de disolucin

C =

masa de soluto

masa de soluto

C

litros de disolucin =

= 2 g / 80 g/l = 0,025 l

OTRA FORMA DE HACERLO:

Hay 80 g en 1 litro de disolucin

Habr 2 g en X litros de disolucin

80 1

2 X

=

X = 2 1 / 80

X = 0,025 l

La disolucin es la suma de todos los componentes.El significado de la solucin es que cada 100 gramos de disolucin contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.

CLCULO DE LA CONCENTRACIN

CONCENTRACIN MOLAR o MOLARIDAD (M): Masa de moles de soluto en cada litro de disolucin.

moles de soluto

volumen de disolucin (L)

M =

nV(L)

M =

La concentracin molar de una disolucin se denomina molaridad y se representa por M. Se expresa en mol/litro.

ACTIVIDAD:Calcula la molaridad de la disolucin obtenida al disolver 40 g de bromuro de potasio, KBr, en agua hasta completar 500 mL de disolucin.Datos masas atmicas: K = 39, Br = 80.

MKBr = 119 g/mol

nKBr = 40g / 119 g/mol = 0,34 mol

M = 0,34 mol / 0,5 L = 0,68 mol/L

CLCULO DE LA CONCENTRACIN

CONCENTRACIN MOLAL (m): Moles de soluto por cada kilogramo de disolvente.

moles de soluto

masa de disolvente (kg)

m =

nm disolvente(kg)

m =

La concentracin se expresa as en mol/kg o bien como x molal.

ACTIVIDAD:Calcula la molalidad de:a) Una disolucin obtenida al disolver 10 g de hidrxido de sodio, NaOH, en 200 mL de agua.b) Una disolucin de KNO3 al 20% en masa.Densidad del agua: 1g/cm3Datos masas atmicas: K = 39, Na = 23, O = 16, H = 1, N = 14.

CLCULO DE LA CONCENTRACIN

FRACIN MOLAR (X): Relacin entre los moles de un componente y el nmero total de moles de la mezcla.

n1n 1 + n2 + n3...

X1 =

X1 + X2 + X3 + = 1

ACTIVIDAD:Calcula la fraccin molar de los componentes de:a) Una disolucin obtenida al disolver 10 g de hidrxido de sodio, NaOH, en 200 mL de agua.b) Una disolucin de KNO3 al 20% en masa.Densidad del agua: 1g/cm3Datos masas atmicas: K = 39, Na = 23, O = 16, H = 1, N = 14.

SOLUBILIDAD

CUALITATIVAMENTE: Capacidad de una sustancia de disolverse en otra.

SOLUBLE o INSOLUBLE

CUANTITATIVAMENTE: Se llama solubilidad de una sustancia a la concentracin de su disolucin saturada.Se suele expresar como gramos de soluto que es posible disolver en 100 g de disolvente a una temperatura determinada.

Por ejemplo, la solubilidad de la sal (NaCl) en agua, a 20 C, es de 36.

Hay solutos que no se disuelven en determinados disolventes y otros que s, por lo que podemos hablar de solutos solubles o insolubles en un disolvente.Los solutos solubles en un disolvente no lo son todos en igual grado por lo que podemos cuantificar esta solubilidad como la cantidad de gramos que se pueden disolver como mximo, a una temperatura dada, en 100 gramos del disolvente.Cuando una sustancia es muy soluble en un disolvente se dice que su solubilidad es alta, y su disolucin saturada es una disolucin concentrada. Pero si la sustancia es poco soluble, su solubilidad es baja y su disolucin saturada es una disolucin diluda.

CURVAS DE SOLUBILIDAD

SOLUBILIDAD DE LOS SLIDOS Y LA TEMPERATURA

Habitualmente la solubilidad de los slidos en agua aumenta con la temperatura ya que la mayora de slidos se disuelven por procesos endotrmicos. No obstante hay sustancias en las que la solubilidad apenas vara con la temperatura y otras en las que disminuye al aumentar la temperatura.Muchos lquidos y gases, al disolverse mediante procesos exotrmicos, experimentan una disminucin de solubilidad cuando aumenta la temperatura.

En los gases disueltos en lquidos la solubilidad aumenta al disminuir la temperatura.

SOLUBILIDAD: Solubilidad de los gases y la temperatura

En los gases disueltos en lquidos la solubilidad aumenta al aumentar la presin.

SOLUBILIDAD: Solubilidad de los gases y la presin

Ley de Henry

C = K P

C = solubilidad del gasP = presin que ejerce el gas que se va a disolver (en contacto con el lquido)K = constante que depende del gas, del lquido y de la temperatura

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES

Las propiedades coligativas de una disolucin son aquellas cuyo valor depende solo de la concentracin del soluto disuelto y no de su naturaleza.

Sus leyes solo se cumplen en disoluciones ideales (disoluciones diluidas y con solutos no inicos).

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES

- Descenso de la presin de vapor

- Ascenso del punto de ebullicin- Descenso del punto de congelacin- smosis

DESCENSO DE LA PRESIN DE VAPOR

La presin de vapor es la presin que ejercen las molculas gaseosas en equilibrio con el lquido que las genera.

La presin de vapor depende de la naturaleza de la sustancia y aumenta con la temperatura. En general a mayor peso molecular menor presin de vapor.Al hacer el vaco en el recipiente que contiene el lquido las molculas de este se van evaporando. Algunas molculas de la fase gaseosa al chocar con el lquido se condensan. Al final se llega a un equilibrio cuando el nmero de molculas que pasa a la fase gaseosa se iguala con el de las que pasan a la fase lquida.

DESCENSO DE LA PRESIN DE VAPOR

Ley de Raoult

P = P0 - P = P0 Xs

P0 = presin de vapor del disolvente puro a esa temperaturaP = presin de vapor del disolvente en la disolucinXs = fraccin molar del soluto

La presin de vapor disminuye al aadir un soluto debido a la disminucin del nmero de molculas de disolvente en la superficie libre del lquido y a las fuerzas de atraccin que aparecen entre las molculas de soluto y las de disolvente.

ASCENSO DEL PUNTO DE EBULLICIN

T = T Te = Ke m

Te = punto de ebullicin del disolvente puroT = punto de ebullicin de la disolucin m = molalidad del solutoKe = constante ebulloscpica molal, depende del disolvente

Por las mismas razones que al disolver un soluto disminua la presin de vapor, al dificultarse que las partculas de lquido pasen a la fase gaseosa, aumentar el punto de ebullicin. Habr que calentar ms la disolucin para que se alcance el punto de ebullicin.

DISMINUCIN DEL PUNTO DE CONGELACIN

T = T f T= Kc m

Tf = temperatura de congelacin (punto de fusin) del disolvente puroT = temperatura de congelacin de la disolucinm = molalidad del solutoKc = constante crioscpica (Ckg/mol), depende del disolvente

El punto de congelacin, o de fusin, de una disolucin (con un soluto no voltil) es inferior al del disolvente puro.

Al disolver un soluto, como la presin de vapor de la disolucin as formada es inferior a la del disolvente puro, hay que enfriar ms para que la presin de vapor se iguale a la de la fase slida.

Una aplicacin de este fenmeno es la preparacin de anticongelantes o la adicin de sal en las carreteras cuando hiela o nieva, para derretir el hielo.

SMOSIS

Fenmeno por el cual un disolvente se difunde a travs de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de distinta concentracin.

El proceso contina hasta que se igualan las concentraciones o la presin hidrosttica generada impide la difusin.

P = dghUna membrana semipermeable es aquella que deja pasar molculas de disolvente pero no del soluto. Las membranas celulares son semipermeables.La tendencia de las molculas de disolvente a atravesar la membrana ser proporcional al nmero de molculas de disolvente que haya junto a ella. Este n es menor en el lado de mayor concentracin, puesto que una fraccin del rea de la membrana est ocupada por molculas de soluto, que no pueden atravesarla. Habr un mayor flujo de molculas de disolvente hacia la parte de mayor concentracin, lo que har subir el nivel del lquido, hasta que la presin hidrosttica compense la diferencia de flujo. Esta presin, es la llamada presin osmtica.

SMOSIS

Presin osmtica ():La presin osmtica de una disolucin es la presin que habra que ejercer sobre ella para impedir el proceso de smosis.

V = n R T

= presin osmticaV = volumen de la disolucinn = nmero de moles de solutoR = constante de los gasesT = temperatura

Para disoluciones diluidas la presin osmtica se comporta como la de los gases ideales, obedeciendo a la misma ecuacin.Esta ecuacin permite la determinacin de pesos moleculares de sustancias disueltas .

V = n R T

=

n R T

V

= M R T

PREPARACIN DE DISOLUCIONES EN EL LABORATORIO

Preparar 250 ml de una disolucin de hidrxido de sodio en agua, con una concentracin de 40 g/l.

1 Calculamos la cantidad necesaria de sustancia:

2 Pesamos la cantidad necesaria de sustancia:

3 Disolvemos el soluto en un poco de agua:

4 Trasvasamos el soluto ya disuelto al matraz aforado de 250 ml:

5 Aadimos agua hasta la marca de aforo:

Por ltimo se envasa y se etiqueta.

Rafael Ruiz GuerreroDepartamento de Fsica y QumicaIES La FuensantaCrdoba

FOTO PORTADA: https://www.flickr.com/photos/horiavarlan/

Fotografas de la preparacin de disoluciones: capturas del vdeo de alonsoformula.com en Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=ev3wTXmL-l8