Soluciones

OBJETIVOS

Identificar las principales formas de expresar la concentración de las soluciones.

Aplicar los métodos más comunes para preparar soluciones de cierta concentración.

Utilizar algunos aparatos de medición de volúmenes, tales como la probeta y el matraz volumétrico y medición de peso como la balanza.

MARCO TEORICO

2.1 SOLUCIONES

En química, una solución o disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea, a nivel molecular de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites.

Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante denominado disolvente o solvente. También se define disolvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la disolución. Si ambos, soluto y disolvente, existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua en una disolución), la sustancia que es más frecuentemente utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y uno o más disolventes. Una disolución será una mezcla en la misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán separar por centrifugación ni filtración.

Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama)

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS SOLUCIONES

Son mezclas homogéneas

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. Una disolución que contenga poca cantidad es una disolución diluida. A medida que aumente la proporción de soluto tendremos disoluciones más concentradas, hasta que el disolvente no admite más soluto, entonces la disolución es saturada.

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 Ángstrom ( ºA ) .

El hecho de que las disoluciones sean homogéneas quiere decir que sus propiedades son siempre constantes en cualquier punto de la mezcla. Las propiedades que cumplen las disoluciones se llaman propiedades coligativas.

2.3 CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES

POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN POR SU CONCENTRACIÓN

sólidas Sólido en sólido: aleaciones como zinc en estaño (latón);

gas en sólido: hidrógeno en paladio;

líquido en sólido: mercurio en plata (amalgama). No saturada; es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación. Ej.: a 0ºC 100g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada.

líquidas líquido en líquido: alcohol en agua;

sólido en líquido: sal en agua (salmuera);

gas en líquido: oxígeno en agua Saturada: en esta disolución 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. Ej.: una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5g disueltos en 100g de agua 0ºC.

gaseosas gas en gas: oxígeno en nitrógeno;

gas en líquido: gaseosas, cervezas;

gas en sólido: hidrógeno absorbido sobre superficies de Ni, Pd, Pt, etc. Sobre saturada: representa un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disolución se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Esta disolución es inestable, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

En función de la naturaleza de solutos y solventes, las leyes que rigen las disoluciones son distintas.

Sólidos en sólidos: Leyes de las disoluciones sólidas.

Sólidos en líquidos: Leyes de la solubilidad.

Sólidos en gases: Movimientos brownianos y leyes de los coloides.

Líquidos en líquidos: Tensión interfacial.

Gases en líquidos: Ley de Henry.

Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, algunos autores clasifican las soluciones en diluidas y concentradas, las concentradas se subdividen en saturadas y sobre saturadas. Las diluidas, se refieren a aquellas que poseen poca cantidad de soluto en relación a la cantidad de disolución; y las concentradas cuando poseen gran cantidad de soluto. Es inconveniente la utilización de esta clasificación debido a que no todas las sustancias se disuelven en la misma proporción en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada.. Por ello es más conveniente clasificar a las soluciones como no saturadas, saturadas y sobre saturadas.

2.4 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES

En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc. También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.

2.4.1 PORCENTAJE PESO A PESO

Nos indica los gramos de soluto porcada 100 gramos de solución.

%p/p=(gramos de soluto)/(gramos de la solucion)*100

2.4.2 PORCENTAJE PESO A VOLUMEN

Nos indica los gramos de soluto por cada 100 ml de solución y esta dado por la siguiente ecuación:

%p/v=(gramos de soluto)/(volumen de la solucion (ml))*100

2.4.3 PORCENTAJE VOLUMEN A VOLUMEN

Nos indica los ml de soluto por cada 100 ml de la solución y esta dado por al siguiente ecuación:

%v/v=(volumen del soluto)/(volumen de la solucion)*100

Esta unidad suele usar para mezclas gaseosas en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta.

2.4.4 MOLARIDAD

La molaridad (M) es el número de moles de soluto por litro de solución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 mL de solución, se tiene una concentración de ese soluto de 5,0 M (5,0 molar). Para preparar una disolución de esta concentración normalmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 30 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforado, para después rellenarlo con más disolvente hasta los 100 mL.

M=(moles de soluto)/(volumen de la solucion (L))

La molaridad es el método más común de expresar la concentración en química sobretodo cuando se trabaja con reacciones químicas y relaciones estequiometrias. Sin embargo, tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.

2.4.5 MOLALIDAD

La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente. Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un soluto, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.

m=(moles de soluto)/(masa del solvente (Kg))

La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión.

Esta unidad es menos empleada que la molaridad.

2.4.6 NORMALIDAD:

La normalidad (N) es el número de equivalentes de soluto por litro de disolución.

N=(numero equivalente gramo del soluto)/(volumen de la solucion(L))

2.4.7 FRACCION MOLAR:

Indica la relación existente entre el número de moles de soluto y solvente en la solución y esta dada por las siguientes ecuaciones:

X=(moles de soluto)/((moles de soluto)+(moles del solvente))

3. MATERIALES Y REACTIVOS

3.1. Reactivos

Cloruro de sodio

Sulfato de sodio

Almidón

Sulfuro de bario

Acido sulfúrico

Acido clorhídrico

Carbón en polvo

Alcohol etílico

3.2. Implementos

Tubos de ensayo

Tubo de ensayo con desprendimiento lateral

Vaso precipitado de 250 mL

Erlenmeyer de 250 mL

Probeta de 100 mL

Pipeta de 10 mL

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