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Soluciones Químicas

También llamadas disoluciones, son una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, por lo que que pierden sus características individuales. Dicha mezcla se presenta en un solo estado (sólido, líquido o gas) aunque sólo las que se encuentra en estado líquido son consideradas Soluciones.

Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.

La composición de la solución es constante.

Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones.

Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el agua

Características de las soluciones:

Sus componentes no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación.
Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.
Sus componentes son soluto y solvente.
En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones).

Soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. Puede ser sólido, líquido o gas.

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.

Mayor o menor 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.

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.

Modo de expresar las concentraciones

Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en:

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:

Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.
Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.
Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.

Porcentaje Peso a Peso

Porcentaje Volumen a Volumen

Porcentaje Peso a Volumen

Ejercicio:

Si tenemos un litro de solución al 37%. ¿Cuántos litros de agua se tienen que agregar para que quede al 4%?

Resolvamos:

El problema no indica las unidades físicas de concentración. Se supondrá que están expresadas en % P/V.

Datos que conocemos: V = volumen, C= concentración

V₁ = 1 litro

C₁ = 37%

37% P/V = significa que hay 37 gramos de soluto en 100 ml de solución.

C₂ = 4%

V₂ = ¿?

Regla para calcular disoluciones o concentraciones

V₁ • C₁ = V₂ • C₂

Puede expresarse en: % P/V

Reemplazando los datos y despejando nuestra fórmula, se obtiene:

Entonces, si tenemos un litro de solución al 37%; para obtener una solución al 4% es necesario tener un volumen de 9,25 litros; por lo tanto, para saber cuantos litros de agua hay que agregar al litro inicial, hacemos:

V₂ – V₁ = Volumen de agua agregado

9,25 – 1 = 8,25 litros

Respuesta: Se deben agregar 8,25 litros de agua

Unidades químicas de concentración

Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son:

a) Fracción molar: relación entre los moles de un componente de la solución y los moles totales presentes en la solución.

Ejercicio:

Se agregan 3 gramos de sal en una cacerola con 4 litros de agua ¿cuál es la concentración de sal?, o dicho de otra forma ¿cuál es la concentración de la solución? Calcular la fracción molar de solvente y de soluto:

Solvente: 4l. agua (H₂O)

Soluto: 3gr. sal (NaCl)

Datos que conocemos: 3 gramos de soluto y 4.000 cm³ (4 litros) de solvente.

Con estos datos debemos resolver el problema, calculando 4 valores significativos: moles de solvente, moles de soluto, fracción molar de solvente y fracción molar de soluto.

Para el agua, se conoce su masa molar = M(H₂O) = 18 g/mol (1 mol de H₂O contiene 18 g, formados por 2 g de H y 16 g de O).

Averiguar cuántos moles de solvente H₂O) tenemos:

Para la sal (NaCl) su masa molar = M(NaCl) = 58,5 g/mol (1 mol de sal equivale a 58,5 g, formados por 23 g de Na y 35,5 g de Cl)

Averiguar cuántos moles de soluto tenemos:

Ahora que conocemos la cantidad de moles de solvente y la cantidad de moles de soluto, podemos calcular las fracciones molares de solvente y de soluto:

Fracción molar del solvente = X_solvente

Fracción molar del solvente (agua) = 0,99977

Fracción molar del soluto= X_soluto

Fracción molar del soluto= 0,00023

Pero sabemos que:

Entonces: 0,99977 + 0,00023 = 1

b) Molaridad (M): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución.

Ejercicio:

¿Cuál será la molaridad de una solución que contiene 64 g de Metanol (masa molar del metanol 32 gr/mol) en 500 ml de solución?

Datos conocidos: metanol 64 g

Masa molar del metanol: 32 g/mol

Masa de la solución: 500 ml (0,5 litro)

Calculamos la cantidad de moles que hay en 64 g de metanol.

Si un mol de metanol equivale a 32 g, 64 g equivalen a 2 moles (64/32=2)

Aplicamos la fórmula:

Respuesta: 4 molar

c) Molalidad

Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de solvente (m)

Solubilidad

La solubilidad, mide la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido, es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química.

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.

Factores que determinan la solubilidad

Solubilidad en líquidos: al elevar la temperatura o la presión, aumenta la solubilidad del soluto gas en el líquido debido al aumento de choques entre moléculas contra la superficie del líquido.

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

Se mide 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.

CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES

POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN		POR SU CONCENTRACIÓN
SÓLIDAS	Sólido en sólido : zinc en estaño (Latón ). Gas en sólido: Hidrógeno en paladio. Líquido en sólido: Mercurio en plata (amalgama).	SOLUCIÓN NO SATURADA: es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada
LÍQUIDAS	Líquido en Líquido: Alcohol en agua Sólido en líquido: Sal en agua Gas en líquido: Oxígeno en agua	SOLUCIÓN SATURADA: en estas disoluciones hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto.
GASEOSAS	Gas en gas: Oxígeno en nitrógeno.	SOLUCIÓN SOBRESATURADA: representan un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada.