Química General

Conceptos básicos de disoluciones.

Se dice que una disolución se forma cuando una sustancia se dispersa totalmente en otra. Denominamos a la sustancia que se encuentra en menor cantidad como soluto y a la de mayor cantidad como disolvente. Por ejemplo, si queremos preparar una limonada primero tenemos que endulzar el agua con azúcar. En este caso el agua es el disolvente (el agua es considerada el disolvente universal) y el azúcar el soluto.

Mecanismos de disolución.

Los compuestos iónicos, como la sal de mesa o cloruro de sodio (NaCl) se disuelven muy fácil en agua. A continuación se explica de qué manera sucede este proceso:

  1. El cloruro de sodio está formado por dos iones: El ion sodio con carga positiva y el ion cloruro con carga negativa.
  2. El agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno que se enlazan de la siguiente manera: H-O-H. Hay que tomar en cuenta que la geometría del agua no es lineal, sino que forma un ángulo de 104.5 grados. Esto ocasiona que la molécula de agua sea polar, ya que la nube de electrones de la molécula se concentran en el oxígeno al ser éste más electronegativo. Del lado del oxígeno la molécula del agua es más negativa que el otro.
  3. Al ser negativos, los oxígenos de las moléculas de agua rodean a los iones sodio (positivos) del soluto y los hidrógenos son atraídos por los iones cloruro que son iones negativos.
Figura 1. Mecanismos de disolución.

Solubilidad y factores que la afectan.

El proceso contrario de disolución se llama cristalización. Se dice que el soluto comienza a cristalizarse cuando la cantidad de partículas es tanta que comienzan a unirse unas con otras formando cristales. Al ir añadiendo soluto al disolvente, llegamos a un punto en el que la velocidad de los procesos de cristalización y disolución es la misma (están en equilibrio) y formamos una solución saturada. La cantidad de una sustancia que se le puede agregar a un solvente para saturarlo se denomina solubilidad de ese soluto y generalmente se expresa en gramos por cada 100 ml de disolvente. Por ejemplo, a 0 ºC la cantidad de sal común que se necesita para saturar 100 ml de agua es de 35.7 gramos, es decir que la solubilidad de la sal común o cloruro de sodio es de 35.7 g/100 ml de agua.

Usando de nuevo el ejemplo del cloruro de sodio, si en 100 ml de agua tuviésemos 20 gramos de sal, estaríamos hablando de una solución insaturada, ya que contiene menos soluto del que se requiere para llegar al equilibrio entre los procesos de cristalización y disolución.

Algunas sustancias pueden formar soluciones con mayor cantidad de soluto que el que indica su valor de solubilidad a ciertas condiciones controladas. Este tipo de soluciones se denominan sobresaturadas.

A diferencia de los gases, la solubilidad de los líquidos y sólidos no es afectada de manera importante por la presión, pero sí por la temperatura. A mayor temperatura hay mayor movimiento de las partículas de los líquidos y sólidos lo que favorece el proceso de disolución, por lo tanto se dice que a mayor temperatura mayor solubilidad.

Concentración.

Cuando formamos una solución, es muy importante conocer cuánto soluto contiene; a esta cantidad se le conoce como concentración y puede ser expresada de diferentes maneras, como porcentaje en masa, ppm (partes por millón), molaridad, etc. A continuación explicaremos en qué consiste cada una.

Porcentaje en masa.

Se obtiene de la siguiente manera:

% en masa = (masa del soluto / masa total de la solución) x 100

Partes por millón.

ppm = (masa del soluto / entre masa total de la solución) x 1000000

Fracción molar.

Fracción molar = moles del componente / moles totales de todos los componentes.

Molaridad.

Molaridad = No. De moles del soluto / Litros de solución.

Molalidad.

Molalidad = Moles de soluto / kg de disolvente.

Coloides.

Si intentamos mezclar arena en agua, los granos de arena o partículas quedarán suspendidos en el agua por un intervalo corto de tiempo y luego se asentarán en el fondo. Si encontráramos el tamaño correcto de partícula de manera que ésta fuera más grande que las moléculas de una disolución que vimos anteriormente en este mismo apartado, pero más pequeña que los granos de arena y además se mantuvieran suspendidas en el agua, estaríamos formando una coloide. Un ejemplo muy claro de una coloide con la que tenemos contacto sería el humo.

Ejercicios.

1. El acetato de sodio tiene un solubilidad de 46.5 g por cada 100 ml de agua a 20 ºC. Determina si una solución de 570 ml de agua con 186 gramos de acetato de sodio es insaturada, saturada o sobresaturada.

Determinación de la cantidad de soluto requerido para formar una solución saturada.

Si por cada 100 ml se necesitan 46.5 g entonces, con una regla de tres simple:

Cantidad de soluto requerido = (570 ml) x (46.5 g) / (100 ml) = 265.05 g

Se necesitan 265.05 g de acetato de sodio para formar una solución saturada y tenemos 186 g. Como la cantidad es menor, entonces la solución es insaturada.

2. Determina la molaridad y partes por millón (ppm) de la solución mencionada en el ejercicio anterior. Toma en cuenta que la masa molar del acetato de sodio es 82.04 g/mol.

Primero determinamos la cantidad de moles de acetato de sodio.

No. De moles = (186 g) / (82.04 g/mol) = 2.27 moles

Ahora se determina la molaridad, considerando que 570 ml de agua son 0.57 litros.

Molaridad = 2.27 moles / 0.57 L = 3.98 M

Para determinar las partes por millón y considerando que 1 ml de agua tiene 1 g de masa.

Masa total de la solución = 186 g de acetato de sodio + 570 g de agua = 756 g de solución

Ppm = [(186 g de acetato de sodio) / (756 g de solución)] x 1000000 = 246032 ppm.

Referencias.

1. Brown Theodre L., y cols. Química. La ciencia central. PEARSON Educación, México, 2004. Pág. 56 ISBN 970-26-0468-0

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