IX SOLUCIONES

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SOLUCIONESSe define a una solucin como una mezcla homognea de dos o ms sustancias puras, cuya composicin es variable y en la cual no hay precipitacin; en este doble aspecto se diferencian de las mezclas, que son sistemas heterogneos, pero cuya composicin es variable; en contraposicin, un compuesto es de naturaleza homognea pero, tiene una composicin constante.

Los componentes de una solucin se designan corrientemente como soluto y solvente; el soluto es la sustancia que se disuelve (dispersa o disgrega( y se encuentra en menor proporcin; el solvente es el medio de dispersin, cuya fase se conserva cuando se forma la solucin; si todos los componentes de una solucin se encuentran en la misma fase, el solvente ser aquel que se encuentra en mayor proporcin.SOLUCIN (Disolucin) =SOLUTO+SOLVENTE (Disolvente)

En la distribucin de una sustancia a travs de otra buscando la homogenizacin de la mezcla, podemos hallar tres situaciones, que dependen del tamao de las partculas: soluciones, coloides y suspensiones.

Las soluciones ms comunes son aquellas en las que el solvente es un lquido, por lo que al hablar de soluciones debe sobreentenderse casi siempre esta clase de ellas y con ms frecuencia las soluciones acuosas.Soluciones binarias

EstadoEjemplo

Disolucin SolventeSoluto

GaseosoGasGasTodas las mezclas gaseosas: aire

GaseosoGasLquidoAgua en el aire (aire hmedo)

GaseosoGasSlidoPartculas de polvo en el aire: Iodo sublimado en al aire: (aerosoles)

LquidoLquidoGasO2, CO2, NH3 o HCl en el agua

LquidoLquidoLquidoGasolina, petrleo, alcohol en agua: (emulsiones)

LquidoLquidoSlidoAzcar o sal comn en agua.

SlidoSlidoGasH2 en Pt o Pd: (oclusin)

SlidoSlidoLquidoHg en Au o Ag: (amalgamas).

SlidoSlidoSlidoAu y Ag; Co y Ni; C en Fe (acero), Sn en Cu (bronce): (aleacin)

Clasificacin de las disoluciones segn la cantidad de solutoSegn la cantidad de soluto tenemos la siguiente clasificacin:

Disolucindiluida: es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene est en mnima proporcin en unvolumendeterminado.

Disolucinconcentrada: tiene una cantidad considerable de soluto en unvolumendeterminado.

Disolucininsaturada: no tiene la cantidad mxima posible de soluto para unatemperaturaypresindadas.

Disolucinsaturada: tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presin dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.

Disolucinsobresaturada: contiene ms soluto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y presin dadas. Si se calienta una solucin saturada se le puede agregar ms soluto; si esta solucin es enfriada lentamente y no se le perturba, puede retener un exceso de soluto pasando a ser una solucin sobresaturada. Sin embargo, son sistemas inestables, con cualquier perturbacin el soluto en excesoprecipitay la solucin queda saturada; esto se debe a que semezclaron.

Terminologa de las soluciones

La concentracin de una solucin nos muestra las cantidades relativas de sus componentes; estas relaciones pueden expresarse en forma cualitativa o cuantitativa, es frecuente la utilizacin de adjetivos como, diluida y concentrada para describir una disolucin cualitativamente.

Si la cantidad de soluto es relativamente pequea respecto a la cantidad de solvente, se dice que est diluida; y en caso contrario se le conoce como concentrada. En ciertas soluciones de algunos reactivos de uso frecuente, los adjetivos diluidos y concentrados han adquirido un significado cuantitativo.

Concentraciones de disoluciones acuosas de cidos y bases

Solucin% en pesoMoles de soluto por litroDensidad

(g/ml)

cido clorhdrico

36,47Concentrado

Diluido36,23

20,3911,7

6,11,18

1,10

cido ntrico

63,02Concentrado

Diluido71,63

31,4716,1

5,91,42

1,19

cido sulfrico

98,08Concentrado

Diluido95 -97

25,2118,0

3,01,84

1,18

Amonaco (NH4OH)17,03Concentrado

Diluido27,33

9,3414,4

5,30,90

0,96

El proceso contrario al de disolucin de un soluto slido se denomina cristalizacin, ste aparece cuando la solucin est en contacto con el soluto no disuelto; cuando las velocidades de estos procesos contrarios son similares podemos afirmar que el sistema est en equilibrio; que es de naturaleza dinmico.

disolucin Soluto + Solvente ( Solucin

cristalizacin

Solubilidad.-

Esto da origen al concepto de solubilidad, que es una propiedad fsica muy importante y se le define como: cantidad mxima de sustancia que a una determinada temperatura se disuelve en una determinada de solvente, generalmente la cantidad de solvente que se considera es de 100 g.

Una solucin cuya concentracin corresponde a la de su solubilidad se dice que se encuentra saturada, en consecuencia existir un equilibrio entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver; una solucin es insaturada cuando contiene menos soluto disuelto que el que corresponde a su solubilidad y por lo tanto no est en equilibrio; una solucin cuya concentracin es mayor que la que corresponde a su solubilidad se denomina sobresaturada y representa una situacin inestable en la cual la solucin posee una concentracin de soluto que sobrepasa la del equilibrio.

Solubilidad de compuestos inorgnicos en agua a diversas temperaturas

SustanciaFrmula0 C10 C20 C30 C40 C60 C80 C100 C

Cloruro de sodioNaCl35,735,836,036,336,637,338,439,8

Nitrato de sodioNaNO3 73,080,088,096,0104,0124,0148,0180,0

Clorato de sodioNaClO379,089,0101,0113,0126,0155,0189,0230,0

Cloruro de potasioKCl27,631,034,037,040,045,551,156,7

Nitrato de potasioKNO313,320,931,645,863,9110,0169,0246,0

Clorato de potasioKClO33,35,07,410,514,024,538,557,0

Cloruro de amonioNH4Cl29,433,337,241,445,855,265,677,3

Nitrato de amonioNH4NO3118,3...192,0241,8297,0421,0580,0871,0

Cromato de potasioK2CrO458,260,061,763,465,268,672,175,6

Dicromato de potasioK2Cr2O75,07,012,020,026,043,061,080,0

Unidades de concentracin Concentracin.- La concentracin de una solucin nos indica la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de solvente o solucin. Segn las unidades que se empleen, las unidades de concentracin pueden ser fsicas o qumicas; las unidades fsicas expresa en gramos lo concerniente al peso y mililitros (o centmetros cbicos) o litros en lo que se refiere al volumen; las unidades qumicas, en moles o equivalentes qumicos.

Unidades fsicas de concentracinLas principales unidades fsicas de concentracin son:

Tanto por uno o por ciento en peso o en volumenExpresa la cantidad de cada componente (en peso o en volumen) en 1 o en 100 partes (en peso o en volumen) de disolucin.

Wsto: Peso de soluto

Wsol: Peso de solucin ( Wsol = Wsto + WsteVsto: Volumen de soluto

Vsol: Volumen de solucin

Ej.

En un litro de una solucin de cido sulfrico a 20 C, cuya densidad es 1,8144 g/ml existen 1633 g de cido sulfrico; determinar:

a) El tanto por ciento en peso de cido sulfrico;

b) El tanto por ciento en volumen (volumen de cido sulfrico en 100 ml de solucin); y

c) El volumen de cido sulfrico y el volumen de agua que han debido mezclarse para formar el litro de solucin de cido sulfrico. Las densidades del agua y del cido sulfrico a 20 C son respectivamente 0,998 2 y 1,830 5 g/ml.

a) 1 litro de solucin de cido sulfrico pesa 1814,4 g

= 90 % de cido sulfrico en peso-peso

b)

= 89,21 % en volumen-volumen

c)

= 892,1 ml cido sulfrico

Peso de agua = (1814,4 g solucin ( 1633 g cido sulfrico)

= 181,4 g de agua

En toda mezcla, las masa de los constituyentes son aditivas; sin embargo los volmenes generalmente no cumplen con esta propiedad. En este ejemplo la suma de los volmenes de agua y cido sulfrico es:

181,73 ml de agua + 892,1 ml de cido sulfrico = 1073,83 solucin

En este proceso de mezcla de cido sulfrico tiene lugar un fenmeno de contraccin de volumen (1073,83 ( 1000 = ) 73,83 ml, o sea, de un 6,88 %.

Unidades qumicas de concentracin MolaridadLa concentracin molar (M) expresa el nmero de moles de soluto contenidos en un litro de solucin.

Para preparar una solucin de una concentracin molar definida, se debe primero determinar la cantidad de soluto, la cual se disuelve hasta completar el volumen de solucin deseado. Con el propsito de que el volumen final de solucin sea lo ms exacto posible, se debe emplear matraces aforados de fondo plano.

Cuando el soluto se encuentra hidratado, debe tenerse en consideracin el peso frmula del hidrato para determinar la cantidad precisada de soluto.

Ej.:

Cuntos gramos de soluto se necesitan para preparar 1 litro de solucin 2 M de (NH4)2SO4? Cul es la concentracin molar de la solucin con respecto a cada uno de los iones?

Una solucin 2 M contiene 2 moles de soluto por litro de solucin. El peso frmula del (NH4)2SO4 es 132,15; por tanto se necesitan 264,30 g de (NH4)2SO4.

Una solucin 2 M de (NH4)2SO4, es 2 M respecto al SO42( y 4 M con respecto al NH4+.

Tambin se puede expresar la molaridad en funcin del porcentaje en peso (%W) y la densidad de la solucin ((sol)

(sol : ( Unidades :

: Peso molecular del soluto

NormalidadLa concentracin normal (N) expresa el nmero de equivalentes gramo (eq-g) ( equivalentes qumicos de soluto contenidos en un litro de solucin.

Se define al peso equivalente gramo, como la cantidad de sustancia que contiene, reacciona o equivale a un tomo gramo de hidrgeno (1,00797 g de hidrgeno).

El equivalente gramo de un cido, se calcula dividiendo la masa molecular de dicho cido por el nmero de hidrgenos que contiene o puede proporcionar a la reaccin.

Ej.:

SustanciaFrmulaPeso frmula gramoIon de referenciaEquivalente del ion en la frmulaPeso eq-g

cido clorhdricoHCl36,36Cl( e H+136,46

cido sulfricoH2SO498,08SO42( e H+249,04

cido fosfricoH3PO497,99PO43( e H+332,66

El equivalente gramo de una base, se calcula dividiendo el peso frmula gramo de la base por el nmero de oxhidrilos OH(, liberados o que pueden reaccionar con un H+ en una reaccin qumica de neutralizacin.

Ej.:

SustanciaFrmulaPeso frmula gramoIon de referenciaEquivalente del ion en la frmulaPeso eq-g

Hidrxido de sodioNaOH39,99Na+ e OH(139,99

Hidrxido de barioBa(OH)2171,34Ba2+ e OH(285,67

Amonaco

(+ agua ( hidrxido de amonio)NH3(+ H2O ( NH4OH)17,03NH4+ e OH(117,03

El equivalente gramo de una sal se expresa con referencia a un ion (grupo o radical( determinado, y es igual al peso frmula gramo de la sal dividido por el nmero de equivalentes del ion grupo o radical correspondiente, contenidos en l mismo.

Ej.:

SustanciaFrmulaPeso frmula gramoIon de referenciaEquivalente del ion en la frmulaPeso eq-g

Cloruro de sodioNaCl58,44Na+ y Cl(158,44

Cloruro de aluminioAlCl3133,34Al3+ y Cl( 344,45

Sulfato de calcioCaSO4136,14Ca2+ y SO42(268,07

En general el equivalente gramo de un elemento, es igual al peso atmico dividido por su estado de oxidacin, para un ion o radical es igual a su peso frmula dividido por la carga del ion.

Ej.:

SustanciaFrmulaPeso frmula gramoIon de referenciaEquivalente del ion en la frmulaPeso eq-g

Ion magnesioMg2+24,30Mg2+212,15

Ion nitratoNO3(62,00NO3(162,00

Ion sulfatoSO42(96,06SO42(248,03

MolalidadLa concentracin molal (m) expresa el nmero de moles de soluto por 1000 g de solvente.

La molalidad (m) de una solucin se podr relacionar con la molaridad (M) de la misma, siempre que se conozca la densidad de la solucin; disoluciones de igual molalidad poseen la misma fraccin molar (x).

Existe la siguiente expresin de molalidad, utilizando el porcentaje en peso del soluto:

FormalidadLa concentracin formal (F) expresa el nmero de pesos frmula-gramo de soluto por litro de solucin. Se utiliza en soluciones inicas; equivale numricamente a la molaridad

Debe tenerse en cuenta lo siguiente:

CompuestoUnidadUnidad de masaEjemplos

MolecularMolculaPMH2S ( PM = 34

CristalinoFrmulaPFNaCl ( PF = 58,5

Ej.:

Una solucin de cido sulfrico al 50,50 % en peso tiene a 20 C una densidad de 1,400 g/ml. Hallar su molaridad, normalidad y molalidad.

= 7,21 molar

Regla de mezclaPor ejemplo:

Con un cido sulfrico de concentracin, C = 54,00 % y densidad = 1,435 g/ml, y otro de concentracin, C = 92,00 % y densidad = 1,824 g/ml; se desea prepara una solucin de cido sulfrico de concentracin, C = 62,00 % y densidad = 1,520 g/ml.

Para ello se forma la cruz de la mezcla:

54 92

62

30 8

O sea, que deben mezclarse 30 partes en peso de cido sulfrico al 54,00 % con 8 partes en peso de cido sulfrico al 92,00 % para obtener un cido sulfrico de 62,00 % en peso de H2SO4, que corresponde a una densidad, = 1,520 g/ml.

El acero, es una aleacin entre un metal y un no-metal

La aleacin, es una disolucin que se hace al estado fundido de los componentes

1 litro = 1000,027 cm3, o sea, 1 ml = 1,000027 cm3; esta mnima diferencia permite que puede utilizarse como equivalentes mililitros y centmetros cbicos

Para los clculos de concentracin no consideraremos la contraccin volumtrica si la hubiera, es decir, siempre ser: Vsol = Vsto + Vste

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