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SOLUCIONES • Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias en una única fase.(Sln o Dsln)
• Uno de los componentes es el disolvente y los otros el soluto
• Disolvente:(Slv) componente que está presente en mayor cantidad o que determina el estado
de Agregación en que existe la disolución
• Soluto: (STo) el que se encuentra en menor proporción
Clasificación de las soluciones
Estado de la Estado del Estado del Ejemplo
solución disolvente soluto
GAS GAS GAS AIRE
LÍQUIDO LÍQUIDO GAS O2 en H2O
LÍQUIDO LÍQUIDO LÍQUIDO ROH en H2O
LÍQUIDO LÍQUIDO SÓLIDO SAL en H2O
SÓLIDO SÓLIDO GAS H2 en Pd
SÓLIDO SÓLIDO LÍQUIDO Hg en Ag
SÓLIDO SÓLIDO SÓLIDO Ag EN Au
El estado de agregación de la solución lo da el solvente
Dependiendo de la naturaleza del soluto:
Electrolíticas
El soluto se disocia en iones, p. ej. sal
conducen la corriente eléctrica
No electrolíticas
El soluto no se disocia en iones, p. ej. azúcar
No conducen la corriente eléctrica
Dependiendo del disolvente
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•Acuosas • No acuosas
Dependiendo de la cantidad de soluto disuelto:
SATURADA INSATURADA SOBRESATURADA
PROCESO DE DISOLUCIÓN Cuando un terrón de azúcar se introduce en un vaso lleno de agua, al cabo de un tiempo
parece, a primera vista, que se ha desvanecido sin dejar rastro de su presencia en el
líquido. Esta aparente desaparición parece indicar que el fenómeno de la disolución se
produce a nivel molecular.
Solubilidad: es la capacidad de un compuesto a disolverse en un solvente adecuado
acuoso (o gaseoso). La solubilidad de un compuesto es la masa de soluto contenido
en una masa determinada de solvente .
VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN
Depende de:
1. La agitación
2. El grado de subdivisión.
3. La temperatura.
4. La presión
1. La agitación ya que habrá mayor contacto entre las partículas de soluto y de
disolvente.separa capa de liquido
2 Un aumento en el grado de subdivisión de las partículas sólidas , puesto que se
aumenta la superficie de contacto y habrá mayor exposición de partículas Sto -Slv.
3 El aumento de temperatura aumenta la energía cinética y favorece la interacción sto -
slv
4 Un aumento de presión en sistemas gaseosos solamente , aumenta el contacto de las
Partículas Sto –Slv (Ley de Henry)
La solubilidad depende:
1. Soluto (Sto) Naturaleza
2. Solvente ( Slv)
3. Factor energetico
4. Factor Desorden
1y 2 Naturaleza de Sto y Slv
«lo semejante disuelve a lo semejante».
La disolución de un sólido supone la ruptura de los enlaces de la red cristalina y la
consiguiente disgregación de sus componentes en el seno del líquido. Para que esto sea
posible es necesario que se produzca una interacción de las moléculas del disolvente
con las del soluto, que recibe el nombre genérico de solvatación o hidratación esto se
explica con el viejo aforismo de que «lo semejante disuelve a lo semejante».
3
Sí el fenómeno de la solvatación es lo suficientemente importante , dar lugar por sí solo
a la disolución del cristal . Los disolventes polares como el agua son apropiados para
solutos polares como los sólidos iónicos o los sólidos formados por moléculas con
una cierta polaridad eléctrica. Por su parte, los disolventes apolares, como el benceno
(C6H6), disuelven las sustancias apolares como las grasas.
PROCESO DE SOLVATACIÓN O HIDRATACIÓN DE LOS IONES
INTERACCIONES SOLUTO-SOLVENTE 1 Las interacciones intermoleculares ayudan al solvente polar a disolver sustancias
iónicas (NaCl en agua) unión Ion- dipolo se forman iones solvatados o
hidratados.
2 El solvente con puentes de hidrógeno disuelve sustancias que permanecen
unidas con enlaces puente de H (sacarosa en agua).
3 Solventes con fuerzas de London altas disuelven sólidos moleculares no polares
(S en S2C).
.
4
DIFERENTES INTERACCIONES STO –SLV
3 Factor energético
Cuando una sustancia sólida se sumerge en un disolvente apropiado, las moléculas (o
iones) situadas en la superficie del sólido son rodeadas por las del disolvente; este
proceso lleva consigo la liberación de una cierta cantidad de energía que se cede en
parte a la red cristalina y permite a algunas de sus partículas componentes desprenderse
de ella e incorporarse a la disolución. La repetición de este proceso produce, al cabo de
un cierto tiempo, la disolución completa del sólido. En algunos casos, la energía
liberada en el proceso de solvatación no es suficiente como para romper los enlaces en
el cristal (Energia de red cristalina) y, además, intercalar sus moléculas (o iones) entre
las del disolvente, en contra de las fuerzas moleculares de éste(fuerzas de Van der
Waals). La diferencia de energía entre el proceso de solvatación y la separación de los
iones del cristal y de las moléculas de solvente determina si los procesos de disolución
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serán endotérmicos o exotérmicos.
H1 + H2 + H3 = Hdln
+ +
Las principales interacciones que afectan la disolución de un soluto son:
soluto-soluto
¨ solvente-solvente¨ soluto-solvente
DISOLUCIÓN SERÁ EXOTÉRMICA:
Interacción soluto-solvente > soluto-soluto
solvente-solvente
1 + 2 3
DISOLUCIÓN SERÁ ENDOTÉRMICA: Interacción soluto-solvente < soluto-soluto
solvente-solvente
1 + 2 > 3
Pero como observamos en la grafica la mayoría de los procesos son endotérmicos
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Para que la energía de solvatación tome un valor considerable es necesario que las
interacciones entre las moléculas del soluto y entre las del disolvente sean de la misma
naturaleza. Junto con los factores de tipo energético, como los considerados hasta
ahora, que llevan a un sistema sólido/líquido a alcanzar un estado de menor energía
potencial, otros factores determinan el que la disolución se produzca o no de forma
espontánea. Esta afirmación está respaldada por dos tipos de fenómenos: en primer
lugar la existencia de procesos de disolución que implican una absorción moderada de
energía del medio, lo cual indica que el sistema evoluciona hacia estados de mayor
energía interna; en segundo lugar sustancias apolares como el tetracloruro de carbono
(CCl4), aunque poco, se llegan a disolver en disolventes polares como el agua.El factor
que determina la espontaneidad de la disolución es el factor desorden
POR LO GENERAL:
_ En un proceso de disolución endotérmico, un aumento de temperatura aumenta la
solubilidad de la sustancia en un determinado disolvente.
_ En un proceso exotérmico un aumento de temperatura disminuye la solubilidad.
.
4 Factor Desorden Los procesos físico-químicos están influidos, además, por el factor desorden, de modo
que tienden a evolucionar en el sentido en el que éste aumenta. La disolución, sea de
sólido en líquido, sea de líquido en líquido, aumenta el desorden molecular y por ello
está favorecida. Contrariamente, la de gases en líquidos, está dificultada por el aumento
del orden que conllevan.
Del balance final entre los efectos de ambos factores, el de energía y el de desorden,
depende el que la disolución sea o no posible.
Factor Aleatorio, este factor se refiere a la tendencia natural hacia el desorden o
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entropía El factor aleatorio justifica el por qué un soluto puede disolverse en un
disolvente aún si la atracción entre sus propias partículas es más fuerte que la atracción
STO- SLV(proceso de disolución endotérmico). El aumento en el desorden del sistema
favorece la solubilidad de una sustancia. Determinara la espontaneidad del proceso.
Desorden
Desorden
orden
La solubilidad 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.
• Solubilidad: máxima cantidad de un material que se disolverá en una
cantidad dada de disolvente, a una temperatura dada, para producir una
disolución estable :g sto/100 g de H2O a una temperatura dada.
• Una disolución es saturada cuando se ha disuelto de forma estable la
máxima cantidad de soluto en el disolvente. La concentración del soluto en
ese momento es igual a la solubilidad del soluto El soluto y el solvente se
encuentran en equilibrio dinámico entre sí.
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• Una disolución es no saturada o insaturada cuando la cantidad de soluto
es menor que la máxima
• Una disolución es sobresaturada cuando la cantidad de soluto es mayor
que la máxima. Es inestable y se logra por calentamiento de una solución
saturada con disolución del sto depositado
.
a) b) c)
a)20 g de glucosa/100 mLde H20 Insaturada
b) Solución saturada en contacto con solido en exceso Saturada
c)300 g de glucosa/100 mLde H20 Sobresaturada
solución sobresaturada en la que el soluto volvió a
precipitar 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 20
ºC la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M y en alcohol etílico
(C2H6O), a esa misma temperatura, es 0,009 M. Cuando la solubilidad es superior a 0,1
M se suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente considerado; por
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debajo de 0,1 M se considera como poco soluble o incluso como insoluble si se aleja
bastante de este valor de referencia.
CURVAS DE SOLUBILIDAD
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. Se trata de procesos en los que el
sistema absorbe calor para apoyar con una cantidad de energía extra el fenómeno la
solvatación. En otros, sin embargo, la disolución va acompañada de una liberación de
calor y la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura
Esto se puede observar en la siguiente grafica:
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Disoluciones de líquidos en líquidos
Miscibilidad: representa la capacidad de un líquido para disolverse
en otro y formar una mezcla homogénea.
• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto son
semejantes, los líquidos son completamente miscibles en cualquier
proporción. Ejemplos: agua y metanol; benceno y hexano.
• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto son
muy diferentes, los líquidos son completamente inmiscibles.
Ejemplos: agua y aceite.
• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto no son
muy diferentes, los líquidos son parcialmente miscibles.
Ejemplos.
Disoluciones Gas-Liquido
Efecto de la presión : Ley de Henry(Bebidas con gas)
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Constante
Sg= KH Pg
Presión del gas sobre l solución
Solubilidad de
gas en el solvente dado Se cumple para gases que no reaccionan con el solvente
.
CONCENTRACIÓN
Expresión de la concentración
La concentración de un soluto en un disolvente se expresa mediante una combinación
de unidades que relacionan la masa o el volumen del soluto con la masa o el volumen de
la disolución. La unidad de masa habitual es el gramo o el mol, y la unidad de volumen,
el litro. Las disoluciones pueden estar diluidas o concentradas, en función de la cantidad
relativa de soluto y de disolvente que haya en la misma. Así, cualquier disolución que
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contenga una cantidad muy grande de soluto es una disolución concentrada; en cambio,
si contiene muy poca cantidad de soluto en relación con el disolvente, se dice que está
diluida.
Las formas más usuales de expresar la concentración son:
· Porcentajes: la expresión de una concentración en forma de porcentajes puede
ir referida a masa o a volumen:
Una disolución de azúcar en agua al 10% en masa quiere decir que contiene 10
gramos de azúcar por cada 100 gramos de disolución.
· Molaridad (M) o concentración molar: es la expresión de la concentración
referida al número de moles de soluto por litro de disolución:
Una disolución 10 molar de cloruro sódico (NaCl) contiene 10 moles de NaCl
por litro de disolución.
· Molalidad (m) o concentración molal: es la expresión de la concentración
referida al número de moles de soluto por kilogramo de disolvente:
Una disolución 3 molal de NaCl contiene 3 moles de sal por kilogramo (o por
litro en este caso) de agua.
· Fracción molar (X): se denomina fracción molar del soluto al cociente entre el
número de moles de soluto de la disolución y el número total de moles
(disolvente y soluto):
Si se echa 1 mol de NaCl en 9 moles de agua, la fracción molar del soluto es:
.
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Normalidad (N)
La concentración Normal o Normalidad, es el número de pesos equivalentes por
litros de solución. , por lo tanto si una solución contiene un peso equivalente de
CaCO3 (100 g), en un litro de solución, su concentración es 1 Normal.
N = # equivalentes de soluto
litros de solución
# equivalentes = g de soluto
Peq
Peq = PM
c
donde c o no de equivalentes de cada suststancia es igual al número de iones
hidrógenos (H+) de un ácido, o de iones hidroxílo (OH-1) de una base, o la
carga del catión en una sal (por ejemplo Al+3)multiplicada la cantidad de
cationes en el Al 2 (SO4)3 c = 2 x 3 = 6, o el número de electrones transferidos
en una reacción redox.
Ej Una solución de Al 2 (SO4)3 2 N significa que tenemos 2 equivalentes de Al 2
(SO4)3 en un litro de solución
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DILUCIÓN
Solución A Solución B
Nº moles solución A = Nº de moles de la solución B
[ A ] > [ B ]
Cuando se diluye una solución ,se agrega mas solvente
la cantidad de soluto o moles de soluto o equivalentes
de soluto es la misma lo que varia es la concentración.
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Densímetro
DISOLUCIÓN DE SALES EN AGUA
Uno ejemplo típico con el que se ilustra el efecto térmico de la disolución de sales en
agua, es la existencia en el mercado de “bolsas” que se enfrían o se calientan cuando se
da un golpe sobre ellas. Suceden esos efectos térmicos porque, con el golpe, se rompe
una bolsa interior que contiene agua, y lo pone en contacto con sales como nitrato
amónico (disolución endotérmica) o como sulfato de magnesio (disolución exotérmica).
Estos dispositivos se venden por ejemplo en tiendas especializadas en artículos
deportivos, pues se emplean precisamente para el tratamiento de contusiones, esguinces,
etc. Son las sales citadas las que se encuentran en las fotografías expuestas, como se
observa en la información impresa en las bolsas.
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FORMAS MÁS USUALES DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE UNA
DISOLUCIÓN
Nombre Símbolo Soluto Disolvente Disolución
% en peso % nº de gramos - 100 g
g/100 ml - nº de gramos - 100 ml
volumen/volumen v/v nº de ml nº de ml -
Fracción molar
del soluto Xs nº de moles - 1 mol
Fracción molar
del disolvente Xd - nº de moles 1 mol
Molalidad m nº de moles 1 Kg -
Osmolalidad im nº de osmoles 1 Kg -
Molaridad c(M) nº de moles - 1 litro
Normalidad N nº de equivalentes - 1 litro
Disoluciones diluidas
LEY DE RAOULT.
CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL
El estudio de los gases se facilito gracias al modelo del gas ideal
• Modelo sencillo para predecir su comportamiento.
• Referente para el estudio de gases reales.
1)Descripción fenomenológica: PV = nRT
2) Descripción molecular:
• Moléculas puntuales (V despreciable).
• No existen interacciones intermoleculares entre ellas.
Se puede disponer de un modelo análogo para disoluciones.
DISOLUCIÓN IDEAL
-Disolución en la cual las moléculas de las distintas especies son tan semejantes
unasa otras.
- Las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que
se produzca una variación de la estructura espacial de la disolución ,ni de la
energía de las interacciones intermoleculares presentes en la misma. -Fuerzas de cohesión entre sto - slv son iguales a las de sto-sto y slv-slv.
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Ley de Raoult La presión de vapor del solvente (en solución)en presencia de un soluto es
proporcional a la fracción molar del solvente
P1 = P° 1 Fracción molar del solvente
Presión del solvente puro
Presion parcial del solvente en solución
Una solución que cumple la ley de Raoult es una solución ideal o solución diluida.
Caso de 2 componentes en la solución solo el solvente volatil
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DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES Cuando la mezcla esta formada por dos componentes ambos volátiles la presión total
esta dada por la Ley de Dalton
.Disolución ideal de los componentes 1 y 2 ambos volátiles
Equilibrio L ↔ V Disolución
ideal Ley de Raoult
de acuerdo con la ley de Dalton:PT= PA + PB
Con estas expresiones puedo conocer la composición del vapor sabiendo la del líquido
(ambas no tienen por qué ser iguales).
Si, p.ej., PAº > PB
º
XA → 0 1
1 0 ← XB
* A
L A A
* B
L B B
P x P
P x P
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DESVIACIONES DE LA LEY DE RAOULT.
DISOLUCIONES NO IDEALES
La ley de Raoult en el modelo ideal supone que las moleculas del liquido A no son
afecadas por las moleculas de B vecinas y esto ocurre si las fuerzas de A con A son
iguales a las de Bcon B (Fzas intermoleculares)y las de A con B
Pero en disoluciones donde estas interacciones son muy desiguales la ley de Raoult nos
se cumple y se producen desviaciones Negativas y positivas:
Desviación negativa FzasA-B >Fzas A-A ó B-B
Presion de la disolución anormalmente mas baja
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Desviación positiva FzasA-B <Fzas A-A ó B-B
DIAGRAMAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN
Diagrama de presión de Vapor
La composición de de la disolución de 2 componentes volátiles se relacionan con la
composición del vapor en equilibrio mediante la ley de Dalton yde la Ley de Raoult
La relación entre la composición de la disolución y la composición del vapor en
equilibrio a una presión determinada puede darse gradicamente
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P
x10 1
Podemos representar ambas en un mismo diagrama
Disminuimos P a T cte de A hasta E
A: disolución líquida
B: empieza a producirse vapor
C: líq + vapor en equilibrio
D: Se evapora la última gota de líquido
E: Todo vapor
x1V
B
x1Vx1
L
C
D
x1L
A
E
Pºvap 1 > Pº vap 2
Si 1 es el componente más volátil , el vapor se enriquece mas de este componenente
Como en una destilación se miden temperaturas de ebullición a presión atmosférica , la
forma mas útil para su representación es sustituyendo la presión de vapor por la
temperatura de ebullición
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.
La disolución destila a temperatur T tiene una composición X1 tiene un vapor de composición
X´ si bajamos la temperatura a T´él destilado tiene una composición X” cada vez más rico en el
componente mas volátil .Si este proceso se repite mas veces se lograra la separación de los
componentes de la mezcla con alto grado de pureza.
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Aplicación: Destilación
Destilación simple
Como el vapor es más rico en el
componente más volátil que el
líquido original es posible separar
los 2 componentes de una disolución
ideal por destilaciones sucesivas.
.
El comportamiento descripto corresponde a disoluciones ideales , siendo similar a lo
observado en disoluciones reales ,pero en algunos casos el alejamiento de la idealidad es
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apreciable y aparecen el punto azeotropico caracterizado por tener igual composición el
liquido y el vapor.
Azeótropos: Mezclas que tienen Punto de Ebullición constante como
por ejemplo Agua con alcohol etílico o agua y acido Clorhídrico o
Acido Nítrico. No se pueden separar por destilación .
En el caso del alcohol etílico y agua la máxima concentración de
alcohol que se puede separar es al 96% es el que se compra
comercialmente
La presión de vapor de la mezcla es mayor que la de los componentes puros
La temperatura de ebullición mezcla al96%=78,1ºC agua=100ºC y acohol etílico 78,3ºC
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