Las soluciones son sistemas homogéneos formados por la mezcla de diferentes sustancias puras. Constan de un soluto que se encuentra en menor proporción, y de un solvente que están en mayor proporción.
SISTEMAS DE SOLUBILIDAD INFINITA: soluto y solvente se mezclan en proporciones variables, sin limitaciones, como los gases y algunos líquidos de igual polaridad o apolaridad.
SISTEMAS SATURADOS:
· SOLUBILIDAD: es la mayor cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de soluto a cierta condición de presión y temperatura.
Un sistema saturado es cuando la cantidad disuelta del soluto corresponde a la solubilidad, el sistema puede estar en equilibrio o no
SISTEMAS SOBRESATURADOS: es cuando el soluto es mayor a la solubilidad. Se obtiene llevando al sistema a la saturación a alta temperatura y se baja bruscamente, mientras el sistema no se estabilice este se encuentra en sobresaturación.
SISTEMAS DILUIDOS: es cuando la cantidad de soluto disuelto es menor que la que corresponde por la Solubilidad.
RELACIONES FUNDAMENTALES PARA EL TRABAJO CUANTITATIVO CON SOLUCIONES
En amarillo, moles de partículas de una sustancia ( " soluto"), en celeste, el líquido que disolverá la sustancia ( " solvente " ) Estos sistemas se mezclan formando la solución representada en color verde
Las relaciones más importantes:
· Masa de solución = Masa de soluto + Masa de solvente
Todas estas magnitudes son Extensivas pues dependen del tamaño de la solución
el volumen que tiene la sustancia que va a disolverse ,en su estado original, no tiene ninguna relación con el volumen que vaya a ocupar el soluto en la solución.
· Densidad de solución = Masa de solución / Volumen de solución
La Densidad de la solución es Intensiva, no depende del tamaño de la solución, es un cuociente de propiedades Extensivas.
CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES: es el cuociente entre una cantidad de de soluto y una cantidad de solución, o de solvente. Es una magnitud intensiva.
FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN ( ecuaciones que las definen y ejemplos.)
CONVERSIÓN DE UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
| DATO INICIAL DE CONCENTRACION | ECUACION DE DEFINICION | BASE DE CALCULO | CANTIDAD DE SOLUTO |
| A% p/p | %p/p= (MASAsoluto(g) / MASAsolución(g))*100 | 100 gr de solución | A gr de soluto |
| A M | M= n soluto / V (L) solución | 1V(L) solución | A moles de soluto |
| Am | m= n soluto / MASA solvente(Kg) | 1Kg solvente | A moles de soluto |
| X soluto= A | Xsoluto= n soluto/(nsoluto + nsolvente) | nsoluto+nsolvente=1 | A moles de soluto |
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
Las expresiones encerradas en cuadros rojos, además de ser definiciones matemáticas, son ecuaciones matemáticas que se pueden ser operadas con reglas del algebra
PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN A PARTIR DE OTRA SOLUCIÓN CONCENTRADA
Se realiza a través del siguiente ejemplo explicativo
PREPARACIÓN A PARTIR DE UNA SUSTANCIA Y EL DISOLVENTE SEPARADO
SUSTANCIA NO SOLVATADA
Se realiza a partir de la sustancia a disolver en forma pura, que se coloca la masa requerida en un matraz aforado y al agregar el líquido solvente puro hasta llegar al enrase.
SUSTANCIA SOLVATADA
Las sales tienen sus moléculas rodeadas por moléculas de agua, etas se conocen como moléculas hidratadas. Las moléculas existen como complejos, es decir, iones metálicos rodeados por moléculas que se unen por enlaces de coordinación.
La preparación de una solución de una sustancia hidratada no presenta muchas dificultades, el agua de hidratación pasa a formar parte del solvente y se le agrega la cantidad requerida al matraz. La masa de la sustancia se tiene que tomar en cuenta la masa del agua de hidratación.
CANTIDAD DE SOLUTO
Para determinar la cantidad de soluto se tiene que tener en cuenta los siguientes
· De definición de molaridad:
n soluto = M * V solución (L)
· De definición de molalidad:
n soluto = m * masa solvente
· De la definición de %p/p
Masa soluto = %p/p * masa solución /100
CAMBIOS DE CONCENTRACION POR VARIACION DE LA CANTIDAD DE SOLVENTE
Se trata de operaciones de manejo de en que la cantidad de soluto permanece contante
Cuando a una solución se le agrega solvente, la concentración disminuye, mientras más cantidad de solvente agregado, menor la concentración. Esto se conoce como dilución.
Cuando se le quita solvente a la solución (por evaporación), la concentración se incrementa proporcionalmente a la cantidad de solvente evaporado, este proceso se llama concentrar-
La relación en estos procesos es:
Mi * Vi = Mf * Vf
MEZCLA DE SOLUCIONES
PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN MÁS DILUIDA A PARTIR DE OTRA DE BAJA CONCENTRACIÓN
Se toma un determinado volumen de la solución más concentrada con una pipeta y se vacia en un matraz aforado, como en el siguiente ejemplo.
PROPIEDADES DE SOLUCIONES
Gráfico 1: curva de calentamiento de una sustancia pura
Gráfico 2: diagrama de fases típicas para la transición líquido- gas
PRESIÓN DE VALOR: Toda sustancia pura en estado líquido se encuentra en contacto con sus vapores debido a que las moléculas escapan del líquido debido a la agitación térmica. El fenómeno se conoce como evaporación.
En un sistema cerrado, luego de un breve lapso de tiempo, se establece un equilibrio entre la fase líquida y la gaseosa. El concepto de equilibrio de asocia al hecho que, a una determinada temperatura, el número de moléculas en la fase gaseosa es constante.
PROPIEDADES COLIGATIVAS DE SOLUCIONES
Dependen de la concentración del soluto, o mejor, del número de partículas o moléculas del soluto en la solución y no de la naturaleza o tipo de soluto.
· PRESIÓN DE VAPOR DE LAS SOLUCIONES
LEY DE RAOULTt: dice que la presencia de otra sustancia (B) disminuye la presión de vapor de un determinado líquido (A).
La relación entre las presiones de vapor de un líquido puro y la presión de vapor de tal líquido actuando como solvente, a la misma temperatura, está dada por la ley de Raoult.
Descenso de la presión de vapor
Descenso de presión de vapor = PA° - PAS = PA° - PA° * XA
= PA° - PAS = PA° ( 1 - XA )
= PA° - PAS = PA° * XB
· VOLATILIDAD DE LOS COMPOMENTES
COMPOMENTE NO VOLATIL: la situación del descenso de la presión de vapor se ha presentado asumiendo que la sustancia B no se vaporiza. Esto ocurre cuando la presión de vapor de la sustancia B pura tiende a cero o bien B es una sustancia no volátil. En este caso la presión de vapor de la solución corresponde a la presión de vapor de un sólo componente (A).
AMBOS COMPONENTES VOLATILES: ambos componentes ejercen presión de vapor en la solución y la suma de las presiones parciales es la presión de vapor de la solución. El valor de la presión de vapor de cada uno de los componentes se determina aplicando la ley de Raoult en cada caso.
· AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN Y DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN
El descenso de la presión de vapor de la sustancia (A) actúa como solvente respecto del estado puro tiene consecuencias tanto en el punto de ebullición como en el de congelación de la solución respecto de tales comportamientos.
· PRESIÓN OSMOTICA:
Un fenómeno de flujo sólo de solvente y nada de soluto a través de membranas semipermeables para disminuir gradientes de concentración es de importancia a nivel celular en organismos biológicos por los efectos de presión que se generan y que afectan las estructuras.
Tales flujos de solvente van acompañados por variaciones positivas o negativas de presión como se señala en el gráfico. La variación de presión se conoce como presión osmótica y se calcula con la expresión que también se indica en el gráfico y que recuerda la ecuación de estado de los gases ideales.
