Disoluciones

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Una disoluci贸n es una mezcla homog茅nea compuesta por un disolvente (componente que est谩 en mayor proporci贸n) y uno o varios solutos (sustancias en menor propoci贸n, disueltas en el disolvente).

Concentraci贸n

Es una medida de la cantidad de soluto en una cantidad dada de disolvente.

% en masa, % en volumen, concentraci贸n en masa, molaridad, molalidad y fracci贸n molar

Porcentaje en masa

$$ c = \frac{m_\text{soluto}}{m_\text{disoluci贸n}}\cdot 100 $$

Porcentaje en volumen

$$ c = \frac{V_\text{soluto}}{V_\text{disoluci贸n}}\cdot 100 $$

Concentraci贸n en masa

$$ c = \frac{m_\text{soluto}}{V_\text{disoluci贸n}} $$

Suele expresarse en g/L.

Molaridad

$$ M = \frac{\text{cantidad de soluto (moles)}}{\text{volumen de disoluci贸n}} $$

Suele expresarse en mol/L, en cuyo caso se dice molar (M).

Molalidad

$$ m = \frac{\text{cantidad de soluto (moles)}}{\text{masa de disolvente}} $$

En el SI se expresa en mol/kg, en cuyo caso se dice molal (m).

Fracci贸n molar

\begin{gather*} \chi_\mathrm s = \frac{\text{cantidad de soluto (moles)}}{\text{cantidad total (moles)}} = \frac{n_\mathrm s}{n_\mathrm s + n_\mathrm d} \\ \chi_\mathrm d = \frac{n_\mathrm d}{n_\mathrm s + n_\mathrm d} \\ \chi_\mathrm s + \chi_\mathrm d = 1 \end{gather*}

Es una magnitud adimensional (mol/mol).

Remata el trabajo sobre concentraci贸n de disoluciones y, de paso, s茅 cr铆tico/a con las pseudociencias con esta genial actividad sobre homeopat铆a.

Solubilidad

Es la m谩xima cantidad de soluto que puede disolverse a una temperatura dada en un disolvente. Se suele expresar en gramos de soluto por cada 100鈥塵L de disolvente.

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Saturaci贸n y sobresaturaci贸n

Una disoluci贸n saturada es aquella en la que ya no se puede disolver m谩s soluto, a una temperaturada dada.

La sobresaturaci贸n ocurre cuando la concentraci贸n de soluto excede el l铆mite de solubilidad, t铆picamente a altas temperaturas, dando lugar a un estado metaestable que encontrar谩 el equilibrio precipitando el exceso de soluto.

Solubilidad y temperatura

S贸lidos en agua

La solubilidad de muchas sales (s贸lidas) disueltas en agua aumenta con la temperatura. Algunas, como el Ce2(SO4)3, se vuelven menos solubles al aumentar la temperatura, debido a que su disoluci贸n en agua es exot茅rmica.

Gases en agua

La solubilidad suele disminuir al aumentar la temperatura.

Gases en disolventes org谩nicos

La solubilidad suele aumentar con la temperatura.

Solubilidad y presi贸n

La solubilidad de los gases aumenta al aumentar la presi贸n externa.

Preparaci贸n de disoluciones

Es una pr谩ctica com煤n en los laboratorios preparar una disoluci贸n o bien directamente a partir de sus constituyentes o bien diluyendo una disoluci贸n comercial m谩s concentrada.

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Midiendo la cantidad necesaria de soluto

Para solutos s贸lidos disueltos en disolventes l铆quidos, pesamos la masa necesaria con ayuda de una balanza y los diluimos hasta el volumen deseado.

En el caso de que el soluto sea l铆quido, en vez de pesar su masa, tomamos el volumen necesario con ayuda por ejemplo de una pipeta.

1: Pesamos la masa necesaria de soluto. 2: A帽adimos el soluto al matraz aforado, junto con una peque帽a cantidad de agua destilada para disolver. 3: Despu茅s de disolver el soluto, llenamos el matraz con agua destilada hasta el aforo.
1: Pesamos la masa necesaria de soluto. 2: A帽adimos el soluto al matraz aforado, junto con una peque帽a cantidad de agua destilada para disolver. 3: Despu茅s de disolver el soluto, llenamos el matraz con agua destilada hasta el aforo.

Diluci贸n de disoluciones

Es el proceso mediante el cual se disminuye la concentraci贸n de una disoluci贸n, t铆picamente a帽adiendo m谩s disolvente (aumentando el volumen total).

$$ c_0V_0 = cV, $$

donde $c$ representa concentraci贸n, $V$ volumen de disoluci贸n y el sub铆ndice 0 hace referencia a la disoluci贸n inicial.

En el laboratorio, es habitual tener que obtener una disoluci贸n de menor concentraci贸n a partir de una disoluci贸n comercial m谩s concentrada.

Dada la densidad, $d_0$, y la riqueza (concentraci贸n), $c_0$, de la disoluci贸n comercial, podemos calcular el volumen de disoluci贸n comercial, $V_0$, necesario para obtener un volumen $V>V_0$ de disoluci贸n diluida con una concentraci贸n $c

  1. Obtenemos la cantidad de soluto necesaria a partir del volumen, $V$, y de la concentraci贸n, $c$, de la disoluci贸n deseada. Suponiendo $c$ expresada como molaridad: $$ c = \frac{n_\mathrm s}{V} \rightarrow n_\mathrm s = c\cdot V \rightarrow m_\mathrm s = n_\mathrm s\cdot M_\mathrm s\text{ (masa molar del soluto)} $$
  1. Obtenemos la cantidad de disoluci贸n comercial necesaria a partir de la riqueza, $c_0$. Suponiendo la riqueza expresada en porcentaje en masa: $$ c_0 = \frac{m_\mathrm s}{m_0}\cdot 100 \rightarrow m_0 = \frac{m_\mathrm s}{c_0}\cdot 100 $$
  1. Obtenemos el volumen de disoluci贸n comercial necesario, $V_0$, a partir de la densidad de la disoluci贸n comercial, $d_0$: $$ d_0 = \frac{m_0}{V_0} \rightarrow V_0 = \frac{m_0}{d_0} $$

En el caso de querer aumentar la concentraci贸n de una disoluci贸n, podemos:

  • A帽adir m谩s soluto puro.
  • Mezclar con otra disoluci贸n del mismo soluto pero m谩s concentrada.
  • Eliminar disolvente por, por ejemplo, evaporaci贸n.

Propiedades coligativas

Propiedades que dependen 煤nicamente de la concentraci贸n de soluto, y no de su naturaleza.

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Disminuci贸n relativa de la presi贸n de vapor: ley de Raoult

Se define la presi贸n de vapor como la presi贸n ejercida por un vapor en equilibrio termodin谩mico con sus fases condensadas (l铆quida o s贸lida) a una temperatura determinada en un sistema cerrado.

En 1887, el qu铆mico franc茅s Fran莽ois-Marie Raoult propone que la presi贸n parcial de cada componente de una disoluci贸n ideal de l铆quidos, $p$, es igual a la presi贸n de vapor del componente puro, $p^0$, multiplicada por su fracci贸n molar, $\chi$.

$$ \Delta p = p^0-p = p^0\chi $$

Descenso criosc贸pico

Se trata de un descenso de la temperatura a la que se congela una sustancia, $T_\mathrm c$, provocado por la adici贸n de una cantidad menor de otra sustancia no vol谩til.

$$ \Delta T_\mathrm c = K_\mathrm c \cdot m, $$

donde $\Delta T_\mathrm c = T_\mathrm c^0-T_\mathrm c$ es la disminuci贸n del punto de congelaci贸n, $K_\mathrm c$ es la constante criosc贸pica (caracter铆stica de cada disolvente) y $m$ es la molalidad (mol/kg).

Ascenso ebullosc贸pico

Describe el fen贸meno por el cual el punto de ebullici贸n, $T_\mathrm e$, de un l铆quido (un disolvente) es m谩s alto cuando se a帽ade otro compuesto (soluto) no vol谩til.

$$ \Delta T_\mathrm e = K_\mathrm e \cdot m, $$

donde $\Delta T_\mathrm e = T_\mathrm e-T_\mathrm e^0$ es el aumento del punto de ebullici贸n, $K_\mathrm e$ es la constante ebullosc贸pica (caracter铆stica de cada disolvente) y $m$ es la molalidad (mol/kg).

Presi贸n osm贸tica

La presi贸n osm贸tica de una disoluci贸n, $\Pi$, es la diferencia de presi贸n entre la disoluci贸n y el disolvente puro cuando ambos est谩n en equilibrio a trav茅s de una membrana semipermeable, que permite el paso de mol茅culas del disolvente pero no del soluto.

Las leyes que gobiernan la osmosis fueron descubiertas por Pfeffer y van ’t Hoff:

  1. La presi贸n osm贸tica de una disoluci贸n a temperatura constante es directamente proporcional a su concentraci贸n.
  2. La presi贸n osm贸tica de una disoluci贸n es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
$$ \Pi V = nRT $$
$$ \Pi = \frac{nRT}{V} = MRT $$

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