SOLUCIONES O DISOLUCIONES QUÍMICAS
La dilución es el procedimiento que se sigue para
preparar una disolución menos concentrada a partir de una más concentrada.
Definición general de disolución: Una dilución es una
mezcla homogénea, uniforme y estable, formada por dos o más sustancias
denominadas componentes. La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir
el nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la
sustancia disuelta. El soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido, y el
disolvente puede ser también un gas, un líquido o un sólido.
Una solución (o disolución) es
una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada
componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus
características individuales. Esto último significa que los constituyentes son
indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida,
líquida o gas) bien definida.
Una solución que contiene agua como
solvente se llama solución acuosa.
Si se analiza una muestra de alguna
solución puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composición es
constante.
Entonces, reiterando, llamaremos solución
o disolución a las mezclas homogéneas que se encuentran en fase
líquida. Es decir, las mezclas homogéneas que se presentan en fase
sólida, como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en
fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones.
Las mezclas de gases, tales como la
atmósfera, a veces también se consideran como soluciones.
Las soluciones son distintas de
los coloides y de las suspensiones en que las
partículas del soluto son de tamaño molecular y están dispersas uniformemente
entre las moléculas del solvente.
Las sales, los ácidos, y las bases se
ionizan cuando se disuelven en el agua
Haciendo una disolución de agua
salina disolviendo sal de mesa (NaCl) en agua. La sal es el soluto y el
agua el disolvente.
Una disolución (del latín disolutio),
también llamada solución, es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o
más sustancias,
que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporción que
varía entre ciertos límites. Describe un sistema en el cual una o más
sustancias están mezcladas o disueltas en forma homogénea en otra sustancia.
También se puede definir como una mezcla homogénea formada por un disolvente y
por uno o varios solutos. Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un
líquido, como la sal o el azúcar disueltos
en agua; o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama.
El término también es usado para
hacer referencia al proceso de disolución.
Frecuentemente, uno de los
componentes es denominado solvente, disolvente, dispersante o medio
de dispersión y los demás solutos.
Los criterios para decidir cuál es el
disolvente y cuáles los solutos son más o menos arbitrarios; no hay una razón
científica para hacer tal distinción.
Se suele llamar solvente al componente que tiene el mismo estado de agregación que la disolución; y
soluto o solutos, al otro u otros
componentes. Si todos tienen el mismo estado, se llama disolvente al componente
que interviene en mayor proporción de masa, aunque muchas veces se
considera disolvente al que es más frecuentemente usado como tal (por ejemplo,
una disolución conteniendo 50% de etanol y 50% de agua, es denominada solución
acuosa de etanol).
En el caso de dos metales disueltos
mutuamente en estado sólido, se considera disolvente a aquél cuya estructura cristalina persiste en la
solución; si ambos tienen la misma estructura (ej.: aleación|aleaciones paladio-plata), se considera
disolvente al metal que ocupa la mayoría de las posiciones en la estructura
cristalina.
Soluto es
aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se
disuelve. El soluto puede ser sólido, líquido o gas, como ocurre en las
bebidas gaseosas, donde el dióxido de carbono se utiliza como gasificante
de las bebidas. El azúcar se puede utilizar como un soluto disuelto en líquidos
(agua).
Es
el componente que cambia de fase cuando se produce la disolución; también
denominado cuerpo disperso
Solvente es
aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve
al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la
solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el
solvente más común es el agua.
En
una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus
componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter homogéneo
de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por métodos
mecánicos.
Solvente: Es el
componente que disuelve, teniendo la propiedad de disolver ciertas sustancias
Wilhelm
Ostwald distingue tres tipos de mezclas según el tamaño de las
partículas de soluto en la disolución:
- Dispersiones, suspensiones o falsas
disoluciones: cuando el diámetro de las partículas de soluto excede de
0,1 μm
- Dispersoides, coloides o disoluciones
coloidales: el tamaño está entre 0,001 μm y 0,1 μm
- Dispérsidos o disoluciones
verdaderas: el tamaño es menor a 0,001 μm
Estas últimas se clasifican en:
- Disoluciones con condensación
molecular:
la partícula dispersa está formada por una condensación de moléculas.
- Disoluciones moleculares: cada partícula es una
molécula.
- Disoluciones iónicas: la partícula dispersa
es un ion (fracción
de molécula con carga eléctrica).
- Disoluciones atómicas: cada partícula
dispersa es un átomo.
NORMAS PARA LA ELECCIÓN DE SOLUTO Y SOLVENTE:
- La sustancia presente en mayor cantidad suele
recibir el nombre de disolvente, y a la de menor cantidad se le llama
soluto y es la sustancia disuelta. El soluto puede ser un gas, un líquido
o un sólido, y el disolvente puede ser también un gas, un líquido o un
sólido. El agua con gas es un ejemplo de un gas (dióxido de carbono)
disuelto en un líquido (agua). Las mezclas de gases, como ocurre en la
atmósfera, son disoluciones
- En las disoluciones entre un sólido y un líquido
es fácil identificar el soluto y el disolvente; pero si se trata de dos o
más líquidos o gases, la distinción entre soluto y disolvente es
arbitraria.
Características de las soluciones (o
disoluciones):
- Son mezclas homogéneas:
las proporciones relativas de solutos y solvente se mantienen en cualquier
cantidad que tomemos de la disolución (por pequeña que sea la gota), y no
se pueden separar por centrifugación ni filtración.
- Sus componentes sólo pueden separase por destilación,
cristalización, cromatografía.
- Sus componentes no pueden separarse por métodos físicos simples
como decantación, filtración, centrifugación, etc.
- La disolución consta de dos
partes: soluto y solvente.
- Cuando la sustancia se disuelve,
esta desaparece.
- Al disolver una sustancia, el
volumen final es diferente a la suma de los volúmenes del disolvente y el
soluto.
- La cantidad de soluto y la
cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que
varían entre ciertos límites. Normalmente el disolvente se encuentra en
mayor proporción que el soluto, aunque no siempre es así. La proporción en
que tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo de
interacción que se produzca entre ellos. Esta interacción está relacionada
con la solubilidad del soluto en el disolvente.
- Las propiedades físicas de la solución son
diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un
solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la
adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.
- Sus propiedades físicas dependen
de su concentración:
- Las propiedades químicas de los
componentes de una disolución no se alteran.
- Sus componentes se separan por
cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc.
- Tienen ausencia de sedimentación, es decir, al someter una disolución
a un proceso de centrifugación las partículas del soluto
no sedimentan debido a que el tamaño de las
mismas son inferiores a 10 Angstrom (
Å ).
- Se encuentran en una sola fase.
SOLUBILIDAD
- La solubilidad de un compuesto en un solvente
concreto y a una temperatura y presión dadas se define como la cantidad
máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la dilución. En la
mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la
temperatura del disolvente. En general, la mayor solubilidad se da en
disoluciones cuyas moléculas tienen una estructura similar a las del
solvente.
PROPIEDADES
FÍSICAS DE LAS DILUCIONES
- Cuando se añade un soluto a un disolvente, se
alteran algunas propiedades físicas del disolvente. Al aumentar la
cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de
solidificación.
- Otra propiedad destacable de una disolución es su
capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos diluciones
de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana
que permite el paso de las moléculas del disolvente, pero impide el paso
de las del soluto), las moléculas del disolvente pasarán de la disolución
menos concentrada a la disolución de mayor concentración, haciendo a esta
última más diluida.
Ejemplo
A continuación se presenta un cuadro con ejemplos de
disoluciones clasificadas por su estado de agregación donde se muestran todas
las combinaciones posibles:
Por su concentración
Estos vasos, que contienen un tinte
rojo, muestran cambios cualitativos en la concentración. Las disoluciones a la
izquierda están más diluidas, comparadas con las disoluciones más concentradas
de la derecha.
Por su concentración,
la disolución puede ser analizada en términos cuantitativos o cualitativos
dependiendo de su estado.
DILUCIONES SERIADAS
Hay muchas situaciones en que las cantidades de sustancia necesarias para
ver un efecto son extremadamente pequeñas (por ejemplo un fármaco para tratar
una enfermedad, una hormona para estudiar su efecto en un animal de
experimentación, etc) y difícilmente se pueden pesar o medir en esas
proporciones tan pequeñas. En esas situaciones es necesario recurrir a la
preparación de una solución de alta concentración (o solución de stock o
solución madre) y hacer diluciones seriadas a partir de ésta.
¿CÓMO SE
PREPARAN LAS DILUCIONES SERIADAS?
En general se parte de una solución concentrada y se preparan series de
diluciones al décimo (1:10) o al medio (1:2). De esta manera se obtiene una
serie de soluciones relacionadas por ejemplo por un factor de dilución 10 es
decir 1/10; 1/100; 1/1000 y así sucesivamente. O la otra serie es 1/2; 1/4; 1/8;
1/16; 1/32 etc. Por ejemplo: si partimos de una solución de 50mg/ml de una
sustancia (Solución A)
a. Dilución 1/10: 1ml de la solución A + 9 ml de agua= una solución de 5
mg/ml (dilución 1:10)
b. Dilución 1/2: 5 ml de la solución A + 5 ml de agua= una solución de 25
mg /ml (dilución 1:2)
CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN
Existen
distintas formas de expresar la concentración de una dilución, pero las dos más
utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M). Los gramos por litro
indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un determinado
volumen de disolución, expresado en litros. Así, una disolución de cloruro de
sodio con una concentración de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un
litro de disolución.
La molaridad
se define como la cantidad de sustancia de soluto, expresada en moles,
contenida en un cierto volumen de disolución, expresado en litros, es decir: M
= n/V. El número de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de
soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto
Mayor o menor concentración
Ya dijimos que las disoluciones son
mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando
distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto y de
solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración.
Dependiendo de su concentración,
las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas,
saturadas, sobresaturadas.
Diluidas:
si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña. Ejemplo: una
solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua.
Concentradas:
si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo:
una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de
agua.
Saturadas: se
dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no
admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa
en 100 gramos de agua a 20º C.
Si intentamos disolver 38 gramos de sal
en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes
permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.
Sobresaturadas:
disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una
temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos
rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una
botella de refresco gaseoso.
Disoluciones cualitativas
También llamadas disoluciones empíricas,
esta clasificación no toma en cuenta la cantidad numérica de soluto y
disolvente presentes, y dependiendo de la proporción entre
ellos se clasifican de la siguiente manera:
- Disolución diluida:
es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene está en mínima
proporción en un volumen determinado.
- Disolución concentrada:
tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.
- Disolución insaturada:
no tiene la cantidad máxima posible de soluto para una temperatura y presión dadas.
- Disolución saturada:
tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presión
dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.
- Disolución sobresaturada:
contiene más soluto del que puede existir en equilibrio a una temperatura
y presión dadas. Si se calienta una solución saturada se le puede agregar
más soluto; si esta solución es enfriada lentamente y no se le perturba,
puede retener un exceso de soluto pasando a ser una solución
sobresaturada. Sin embargo, son sistemas inestables, con cualquier
perturbación el soluto en exceso precipita y la solución queda
saturada; esto se debe a que se mezclaron.
Disoluciones valoradas
A diferencia empíricas, las
disoluciones valoradas cuantitativamente, sí toman en cuenta las cantidades
numéricas exactas de soluto y solvente que se utilizan en una disolución. Este
tipo de clasificación es muy utilizada en el campo de la ciencia y la tecnología,
pues en ellas es muy importante una alta precisión.
Existen dos tipos de disoluciones
valoradas:
- Porcentual
- Molar
Modo de expresar las concentraciones
Ya sabemos que la concentración de las
soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de
solvente o solución. También debemos aclarar que los términos diluidos o
concentrados expresan concentraciones relativas.
Las unidades de concentración en
que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades
físicas y en unidades químicas.
Unidades físicas de concentración
Las unidades físicas de concentración
están expresadas en función del peso y del volumen, en
forma porcentual, y son las siguientes:
a) Tanto por ciento peso/peso %P/P =
(cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución)
b) Tanto por ciento
volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de
solución)
c) Tanto por ciento peso/volumen %
P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución)
a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la
solución.
b) Porcentaje
volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por
cada 100 unidades de volumen de la solución.
c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.
Unidades químicas de concentración
Para expresar la concentración de las
soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son:
a) Fracción molar
b) Molaridad M =
(número de moles de soluto) / (1 litro de solución)
c) Molalidad m =
(número de moles de soluto) / (1 kilo de solvente)
a) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre los moles de un componente
(ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales presentes en la
solución.
b) Molaridad (M): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de
solución. Una solución 4 molar (4 M) es aquella que contiene cuatro
moles de soluto por litro de solución.
C) Molalidad
En primer lugar debemos advertir
que molalidad no es lo mismo que molaridad por
lo cual debemos evitar confundirlas puesto que el nombre es muy parecido pero
en realidad cambian mucho los cálculos, y es un grave error pero muy frecuente.
En la molalidad relacionamos
la molaridad del soluto con el que estamos trabajando con
la masa del disolvente (en kg) que utilizamos.
La definición de
molalidad es la siguiente:
Relación entre el número de moles de
soluto por kilogramos de disolvente (m)
Solubilidad
En química, la solubilidad mide la
capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido.
Algunos líquidos, tales como agua y
alcohol, pueden ser disueltos en cualquier proporción en otro solvente. Sin
embargo, el azúcar tiene un límite de solubilidad ya que al agregar cierta
cantidad adicional en una solución está dejará de solubilizarse, llamándose a
esta solución saturada.
Es la proporción en que una cantidad
determinada de una sustancia se disolverá en una cantidad determinada de un líquido,
a una temperatura dada.
En términos generales, es la facilidad
con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar
una solución química.
DEFINICIÓN
La solubilidad es la
mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100
gramos (g). de disolvente a una temperatura fija, para formar una disolución
saturada en cierta cantidad de disolvente.
Las sustancias no se disuelven en igual
medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que
tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que
recibe el nombre de solubilidad.
La capacidad de una determinada
cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada.
Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir
del cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se depositaría
en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada.
Pues bien, la solubilidad de una
sustancia respecto de un disolvente determinado es la concentración que
corresponde al estado de saturación a una temperatura dada.
Las solubilidades de sólidos en
líquidos varían mucho de unos sistemas a otros. Así a 20º C la solubilidad del
cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M (molar) y en alcohol etílico (C2H6O),
a esa misma temperatura, es 0,009 M (molar). Cuando la solubilidad es superior
a 0,1 M (molar) se suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente
considerado; por debajo de 0,1 M (molar) se considera como poco soluble o
incluso como insoluble si se aleja bastante de este valor de referencia.
La solubilidad depende de la
temperatura; de ahí que su valor vaya siempre acompañado del de la temperatura
de trabajo. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar
la temperatura.
Factores que determinan la solubilidad
Solubilidad en líquidos: al elevar la temperatura aumenta la solubilidad del soluto gas en
el líquido debido al aumento de choques entre moléculas contra la superficie
del líquido. También ocurre lo mismo con la presión.
Solubilidad de líquidos en líquidos: Al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad de líquidos en
líquidos. En este caso la solubilidad no se ve afectada por la presión.
Solubilidad de sólidos en líquidos: la variación de solubilidad está relacionada con el calor
absorbido o desprendido durante el proceso de disolución. Si durante el proceso
de disolución se absorbe calor la solubilidad crece con el aumento de la
temperatura, y por el contrario, si se desprende calor durante el proceso de
disolución, la solubilidad disminuye con la elevación de temperatura. La
presión no afecta a la solubilidad en este caso.
Unidades de medida
Puesto que la solubilidad es la máxima
concentración que puede alcanzar un soluto, se medirá en las mismas unidades
que la concentración.
Es habitual medirla en gramos de soluto
por litro de disolución (g/l) o en gramos de soluto por cada 100 cc de
disolución (%).
Aunque la unidad de medida se parezca a
la de la densidad, no es una medida de densidad. En la densidad, masa y volumen
se refieren al mismo cuerpo. En la solubilidad, la masa es de soluto y el
volumen es de la disolución, de la mezcla de soluto y disolvente.
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