Disoluciones químicas.

Disoluciones químicas
Disoluciones
El término disoluciones sugiere que en una mezcla debe existir una sustancia que se
disuelva y otra que disuelva a la anterior. La sustancia que se disuelve se conoce con
el nombre de soluto, mientras la que disuelve al soluto es
denominada solvente o disolvente. Lo más importante es que para que la mezcla sea
una solución, debe ser homogénea, es decir, la composición debe ser igual en cada
una de sus partes.
Las soluciones pueden estar en los tres estados de la materia:
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Sólidas, donde un ejemplo son las aleaciones.
Líquidas, en este caso, el solvente debe ser líquido pero el soluto puede estar
en cualquiera de los tres estados. En el agua de mar, el soluto (cloruro de
sodio) está en el estado sólido; en el caso de un licor, el soluto (etanol) está en
el estado líquido y finalmente en la soda, el soluto está en estado gaseoso
(anhídrido carbónico).
Gaseosas, soluto y solvente son gases, por ejemplo el aire cordillerano.
Según cuál sea la composición de la solución, se podrá distinguir una solución
concentrada (que contiene mucho soluto formando parte de la solución), de una
solución diluida (que contiene poco soluto en solución). Estos términos son
cualitativos y en química es necesario que se conozcan exactamente las cantidades
que existen en la mezcla, es decir, una magnitud cuantitativa.
Para expresar la composición de la solución se utilizan unidades como porcentaje en
masa (%m/m), porcentaje masa - volumen (%m/v) y molaridad (M).
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La concentración en porcentaje en masa, % m/m, expresa la masa
(gramos) de soluto que está formando parte de 100 gramos de solución.
El % m/v, indica la masa en gramos de soluto que hay en 100 mL de
disolución.
La Molaridad (M), expresa los moles de soluto por cada litro de disolución.
Una propiedad intensiva importante de las sustancias es la densidad, que se define
como la cantidad de masa en una unidad de volumen, por lo que permite conocer la
masa de un volumen determinado de sustancia y viceversa.
Se debe recordar que para expresar la cantidad de una sustancia química se utiliza la
unidad moles, y que cada sustancia tiene una masa molar que expresa la masa de un
mol en gramos.
Teniendo presente estos conceptos, es posible resolver los diferentes problemas de
disoluciones. Para ello se recomienda seguir la siguiente secuencia de pasos:
1. Saber exactamente cuál es el problema, es decir, conocer lo que se desea
calcular.
2. Analizar cada uno de los datos para así saber con qué antecedentes se cuenta
para llegar a la solución del problema.
3. Realizar cada uno de los pasos que sean necesario para la solución del
problema.
Propiedades de las disoluciones
1. Propiedades coligativas de las disoluciones
2. Propiedades ácido-base de las soluciones
Propiedades coligativas de las disoluciones
El cambio de los puntos de congelación y de ebullición que experimenta un solvente
cuando se agrega un soluto, corresponde a propiedades que dependen de la cantidad
de moléculas de soluto agregado (composición de la solución), pero no del tipo o
identidad del soluto. Estas propiedades son las que se conocen como propiedades
coligativas. Otra propiedad coligativa es la presión osmótica.
Las unidades más adecuadas para expresar la concentración de la solución y que
permiten explicar las propiedades coligativas, son la molalidad, m, (que expresa los
moles de soluto que se encuentran disueltos por cada kilogramo de solvente), y
las fracciones molares, que expresan la fracción de moles de soluto que hay en el
total de moles que componen la solución.
Elevación del punto de ebullición
El punto de ebullición se define como la temperatura a la cual la presión de vapor de
un líquido es igual a la presión atmosférica.
Cuando un solvente se mezcla homogéneamente con un soluto no volátil, se observa
un incremento de su punto de ebullición.
Este incremento se puede explicar si consideramos que se aumentan las atracciones
intermoleculares, lo que se traduce en una disminución de la presión de vapor; por lo
tanto, se requiere aumentar más la temperatura para lograr igualar la presión de
vapor de la disolución con la presión atmosférica.
Existe una proporcionalidad directa entre el incremento del punto de ebullición y la
concentración molal de la solución. La constante de proporcionalidad se conoce con el
nombre de “constante de ascenso ebulloscópico” y es dependiente del solvente que
se esté utilizando. Matemáticamente se expresa por:
∆ Teb = Keb m
Disminución del punto de congelación.
El punto de congelación de una solución es menor que el punto de congelación del
solvente puro, y la variación de este punto es directamente proporcional con la
concentración molal de la solución. La constante de proporcionalidad se conoce
como constante de descenso crioscópico.
∆ Tc = Kc m
Propiedades ácido-base de las disoluciones
Según su comportamiento químico, las sustancias pueden ser clasificadas como
ácidos y bases. Para explicar este comportamiento se han elaborado varias teorías,
dentro de las cuales cabe destacar:
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Teoría de Arrhenius, que indica que en solución acuosa,
serán ácidos aquellas sustancias que al disociarse dejan libres iones hidrógeno,
H+, mientras que serán bases aquellas que dejan libres iones hidroxilos, OH-.
Teoría de Lowry-Brönsted, quienes plantean que serán ácidos las sustancias
que son capaces de ceder H+, mientras que las bases aceptarán los H+, con lo
que se genera un sistema donor-aceptor de H+.
La concentración molar de los iones hidrógeno en la solución será un índice de la
acidez de la solución, la que puede ser expresada como pH.
El pH corresponde a:
pH = - log [H+]
Es importante que sepamos que entre un ácido y una base se produce una reacción
que se conoce como reacción de neutralización, y tal como su nombre lo señala, se
produce una neutralización de los iones hidrógeno con los iones hidroxilos que hay en
la solución.
Los conceptos de elemento, compuesto y mezcla son fundamentales. Refuerza tu
comprensión de estos conceptos resolviendo el siguiente ejercicio.
Clasifica en elementos, compuestos y mezclas: cloruro de sodio, NaCl;
sacarosa o azúcar común; plata; agua azucarada; óxido de mercurio (II), HgO;
cobre; aire; y nitrato de potasio, KNO3. Fundamenta tu respuesta.