Soluciones. Solución - Definición

Transcripción

1 Soluciones Solución - Definición Sistema material o mezcla HOMOGENEA formada por dos o mas componentes. Presenta una única fase y sus componentes NO pueden separase por medios mecánicos. 1

2 Partes de una Solución Una solución esta compuesta por dos partes, una denominada soluto y otra denominada solvente o disolvente SOLUCION = SOLUTO + DISOLVENTE Se considera soluto, a aquel componente de la solución que se encuentra en menor proporción. El disolvente (o solvente) es aquel componente de la solución que se encuentra en mayor proporción; excepto el agua que como es el disolvente universal, se encuentre en la proporción que se encuentre dentro de la solución SIEMPRE será el disolvente. Tipos de Soluciones De acuerdo al estado de agregación final de la solución podemos considera que existen: Soluciones Gaseosas: por ejemplo el aire, el estado final de la solución es gaseoso y sus componentes (soluto y disolvente) también lo son. Soluciones Sólidas: por ejemplo una aleación de metales, el estado final de la solución es sólido, se mezclan soluto y disolvente sólidos. Soluciones Liquidas: por ejemplo sal en agua, el estado final de la solución es liquido debido al estado del disolvente e independientemente del estado del soluto. En las soluciones liquidas, el principal disolvente es el agua, los solutos pueden ser sólidos (solución sólido - liquido), líquidos (solución liquido-liquido) o gaseosos (solución gas-liquido). 2

3 Tipos de Soluciones con las que trabajaremos Soluciones líquidas binarias. -Un solo soluto disuelto en un disolvente liquido. -El disolvente es agua. En las soluciones liquidas, el principal disolvente es el agua, los solutos pueden ser sólidos (solución sólido - liquido), líquidos (solución liquido-liquido) o gaseosos (solución gas-liquido). Soluciones acuosas binarias Propiedades de las Soluciones Las propiedades de una solución están determinadas por las propiedades del soluto y del disolvente. Propiedades del disolvente o solvente: La principal propiedad del disolvente es su polaridad, la cual determinara que tipo de soluto puede disolver. Propiedades del Soluto La propiedad mas importante del soluto se conoce como SOLUBILIDAD. 3

4 Solubilidad Es una propiedad intensiva del soluto. Se define como la máxima cantidad de un soluto que se puede disolver, a una T 0 determinada, en un determinado disolvente. Como el disolvente universal es el agua definimos Solubilidad en agua. SOLUBILIDAD DE UN SOLUTO EN AGUA: es la cantidad máxima de un soluto que se pueden disolver sin que el mismo precipite en 100 g de agua a 25 0 C. Ej.: la solubilidad de NaCl a 25 0 C es de 36,7 g, lo que quiere decir que la cantidad máxima de NaCl que se pueden disolver en 100 g de agua a 25 0 C son 36,7 g Factores que pueden afectar la Solubilidad de un soluto Agitación. Tamaño de los cristales del soluto. Temperatura 4

5 Solubilidad y temperatura La T 0 es la principal variable que influye en la solubilidad de un soluto. El aumento de esta aumenta o favorece la solubilidad de sólidos pero disminuye la solubilidad de gases. Curvas de solubilidad 5

6 Tipos de Soluciones de acuerdo a la cantidad de soluto disuelto Soluciones Saturadas: son aquellas que, a una determinada temperatura, no permiten disolver más soluto debido a que este ha alcanzado su valor de solubilidad. Para el NaCl se produciría al disolver 36,7 g de esta sal (a una temperatura de 25 0 C) en 100 g de agua. Soluciones No saturadas: son aquellas en la que la relación soluto/disolvente es menor a la que corresponde a una solución saturada. Para el NaCl se produciría al disolver menos de 36,7 g de esta sal (a una temperatura de 25 0 C) en 100 g de agua. Soluciones Sobresaturadas: son sistemas muy inestables en las cuales la relación soluto/disolvente es superior a la que corresponde a una solución saturada Para el NaCl se produciría al disolver mas de 36,7 g de esta sal (utilizando algún artificio como aumento de temperatura mayor de 25 0 C) en 100 g de agua. Propiedades de la Solución Densidad Concentración 6

7 Densidad Expresa la relación masa (g)/volumen (ml) de la solución, indica cuanto pesa 1 ml de la solución. Se expresa generalmente en g/ml e indica con la letra griega δ. Ejemplo una solución de H 2 SO 4 concentrado tiene δ = 1.84g/ml, indica que 1 ml de esa solución pesa 1.84g. Siempre se cumple que las sustancias con menor densidad flotan en aquellas que tiene mayor densidad. Aplicaciones de la Densidad El valor de la densidad de una solución es muy útil para trasformar datos de volumen en masa y viceversa como podemos ver a continuación: Ejemplo: para una solución de H 2 SO 4 cuya d = 1.84g/ml A- Cuanto pesan 100 ml de esta solución? δ = 1.84g/ml como δ = m/v se cumple m/v = 1.84g/ml Reemplazando y despejando obtengo el peso de 100 ml de solución m/v = 1.84g/ml m/100 ml = 1.84g/ml m = 1.84g/ml. 100 ml = 184 g 100ml de la solución pesan 184 g B- Que volumen ocupan 100 g de esta solución? δ = 1.84g/ml como δ = m/v se cumple m/v = 1.84g/ml Reemplazando y despejando obtengo el volumen de 100 g de solución m/v = 1.84g/ml 100g/v = 1.84g/ml v = 100g/1.84g/ml = 54.3 ml 100 g de la solución ocupan un volumen de 54.3 ml Atención, error común: con el dato de densidad solamente NO se puede determinar el valor de la concentración de una solución. 7

8 Concentración Esta propiedad me indica que relación de cantidades existe entre soluto y disolvente, es un dato cuantitativo muy importante. Existen dos tipos de unidades utilizadas para expresar la concentración; Unidades Físicas y Unidades Químicas. Sea cual sea la forma que utilice para indicar esta relación de cantidades SIEMPRE voy a estar indicando la cantidad de soluto en relación a la cantidad de disolvente o de solución. Unidades Físicas Podemos dividirlas en dos grupos, las clásicas y las porcentuales. Dentro de las clásicas se encuentran el g/l y sus unidades derivadas como el mg/ml, mg/l o parte por millón (ppm), etc. Al expresar una concentración en estas unidades el numerador (g) indica la cantidad de soluto y el denominador (l) se refiere a volumen de solución Ejemplo: Una solución de LiCl de una concentración de 0,23 g/l, indica que hay disueltos 0,23 g de soluto (LiCl) en 1l o 1000 ml de solución, su equivalencias serian: 0,23 mg/ml = 230 mg/l o ppm 8

9 Unidades Físicas Porcentuales Las unidades porcentuales me indican la cantidad de soluto que hay en 100 g o 100 ml de solución (o en 100 g o 100 ml de disolvente), las expresaremos en función de la solución: Porcentaje Peso en Peso, simbolizado como % p/p, indica los gramos de soluto que existen en 100 g de solución. Ej.: Solución al 18% p/p de ClNa quiere decir que existen 18 g de soluto (ClNa) cada 100 g de solución. Porcentaje Peso en Volumen, simbolizado como % p/v, indica los gramos de soluto que existen en 100 ml de solución. Ej.: Solución al 26 % p/v de NaNO 3 quiere decir que existen 26 g de soluto (NaNO 3 ) cada 100 ml de solución. Porcentaje Volumen en Volumen, simbolizado como % v/v, indica los ml de soluto que existen en 100 ml de solución. Ej.: Solución al 13 % v/v de Alcohol etílico quiere decir que existen 13 ml de soluto (Alcohol etílico) cada 100 ml de solución. Unidades Químicas -Molaridad Como su nombre lo indica, es la forma mas usual de indicar las concentraciones de las soluciones en química, consisten en expresar la cantidad de moles o equivalentes de soluto disueltos en la solución. Las unidades químicas mas comunes son: Molaridad (M) : indica los moles de soluto que hay disueltos en 1litro ( 1000 ml) de solución Recordar. 1 mol = 1 PM Para determinar la Molaridad de una solución se puede utilizar. I- la siguiente formula: M = g de soluto disueltos en 1000 ml de solución / PM soluto = moles de soluto/l de solución II- la siguiente relación: 1 M 1 PM 1000 ml de solución Ejemplo: una solución 1 M de H 2 SO 4 tendrá 98 g de soluto (PM del H 2 SO 4 ) en 1000 ml de solución. 9

10 Unidades Químicas - Normalidad Normalidad (N) : indica los equivalentes químicos (Peq.) de soluto que hay disueltos en 1litro ( 1000 ml) de solución Peso equivalente (Peq.): es el peso de combinación e indica el número de gramos de una sustancia que se combinarán (o desplazarán) con 8 g de oxígeno o g de hidrógeno. Cálculo de Peso equivalente: - Para Ácidos: PM/Numero de protones Ej.: H 2 SO 4 PM=98 Peq.=98/2= 49 - Para Bases: PM/Numero de oxhidrilos Ej.: Fe(OH) 3 PM= 107 Peq.=107/3= Para Sales: PM/ Numero de átomos del metal x valencia del metal Ej.: CuSO 4 PM=136 Peq.=136/2= 68 Para determinar la Normalidad de una solución se puede utilizar: I- la siguiente formula: N = g de soluto disueltos en 1000 ml de solución / Peq soluto = eq. de soluto/l de solución II- la siguiente relación: 1 N 1 PEq ml de solución Ejemplo: una solución 1 N de H 2 SO 4 tendrá 49 g de soluto (Peq. del H 2 SO 4 ) en 1000 ml de solución. Unidades Químicas Fracción Molar Fracción Molar (X): expresa para el soluto y para el disolvente la relación entre el número de moles de cada uno de ellos dividido el número total de moles. Supongamos una solución formada por el soluto (s) y el disolvente (d). Existirá una fracción molar de soluto o Xs y también existirá una fracción molar de disolvente Xd Xs = ns/nt siendo nt= ns + nd entonces Xs = ns / ns + nd Xd = nd/nt siendo nt= ns + nd entonces Xd = nd / ns + nd Como sabemos n = m/pm donde m es masa y PM peso molecular entonces ns= ms/pms y nd= md/pmd Siempre se cumple que Xs + Xd = 1 10

11 Aplicación Indicar, para una solución de acido sulfúrico de 98g/l, en todas las unidades posibles su concentración. A- Unidades Físicas: 98 g/l o 98 mg/ml 9.8% p/v No se puede indicar ni % p/p ni % v/v B- Unidades Químicas -Molaridad: 1 M -Normalidad 2 N -No se pude indicar Fracción molar (X) Conclusión: 98 g/l = 98 mg/ml = 9.8% p/v = 1 M = 2 N Solución electrolítica y no electrolítica Electrolítica: es aquella que se produce cuando al disolverse el soluto este se ioniza. Ej.: NaCl en H 2 0 NaCl(s) + H 2 0 Na + (aq) + Cl - (aq) + H 2 0 El soluto se denomina electrolito (uniones iónicas) La solución conduce la corriente eléctrica No electrolítica: es aquella que se produce cuando al disolverse el soluto este no se ioniza. Ej.: Glucosa (C 6 H 12 O 6 ) en H 2 0 C 6 H 12 O 6 (s) + H 2 0 C 6 H 12 O 6 (aq)+ H 2 0 El soluto se denomina no electrolito (uniones covalentes) La solución NO conduce la corriente eléctrica 11

12 Electrolitos Son compuestos que al disolverse en agua se ionizan (sales, hidróxidos y ácidos). Electrolitos fuertes: son aquellos que se ionizan o disocian totalmente Ej.: HCl, H 2 SO 4, Na(OH), etc. (Sustancias iónicas) Electrolitos débiles: son aquellos que se ionizan o disocian parcialmente Ej.: HCO 3, NH 3, H 3 C-COOH, etc. Recordar Solución es un sistema homogéneo de 2 o mas componentes. Solución: soluto + disolvente Existen soluciones sólidas, liquidas y gaseosa. El disolvente universal es el agua. La propiedad mas importante del soluto es la solubilidad. La solubilidad del soluto depende principalmente de la Temperatura Existen soluciones no saturadas, saturadas y sobresaturadas. Las propiedades mas importantes de la solución son la densidad y la concentración. La densidad me indica cuanto pesa 1 ml de solución. La densidad se utiliza para convertir datos de masa en volumen y viceversa. La concentración siempre me indica relación de cantidades entre soluto y disolvente o soluto y solución. Las unidades físicas para expresar concentración son g/l, % p/p, % p/v y % v/v Las unidades químicas para expresar concentración son Molaridad (M), Normalidad (N) y Fracción molar (X). Los solutos pueden ser electrolitos y no electrolitos. Los electrolitos se ionizan. Las soluciones electrolíticas conducen la corriente eléctrica 12