domingo, 21 de agosto de 2016
sábado, 20 de agosto de 2016
Introducción
Es
una mezcla homogénea, a nivel molecular
de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí. Una solución
o disolución es una mezcla homogénea en la que se ve involucrado tanto un
soluto, como un solvente. El soluto
corresponde a la especie química que estén en menor proporción (sin
importar si es sólido, líquido o gaseoso), mientras que el solvente, el cual
también puede estar presente en los tres estados materiales, es la sustancia
mayoritaria de la mezcla. La mayor parte de la Química ocurre en disoluciones,
por ejemplo, el aire que respiramos es una disolución gaseosa, el agua potable
es una disolución líquida y las aleaciones metálicas (como los objetos de
bronce) son disoluciones sólidas.
Propiedades Coligativas de las Disoluciones
Son muchas las propiedades de las
disoluciones, entre ellas densidad, índice de refracción, punto de ebullición,
etc., y cambian cuando se modifica su composición. Para la mayoría de estas
propiedades no se pueden dar reglas o leyes sobre la dirección o magnitud de
sus cambios, puesto que los datos experimentales figuran en tablas separadas
para cada conjunto de componentes (soluto y, disolvente). Sin embargo, los
solutos, en disoluciones muy diluidas, y algunos grupos de substancias, aún en
disoluciones de cualquier concentración (disoluciones ideales), tienen muchas
de las propiedades de los gases. Esto es explicable por las distancias
proporcionalmente grandes que separan una molécula, del soluto, de otra, lo
cual influye en las propiedades de las disoluciones que dependen sólo del
número (concentración) de las moléculas o iones que constituyen el soluto. Las
propiedades coligativas son cuatro: disminución de la presión de vapor,
depresión del punto de congelación, elevación del punto de ebullición y presión
osmótica.
La presión de vapor de todas las
disoluciones de solutos no volátiles y no ionizados (que no sean electrólitos)
es menor que la del disolvente puro. Lo cual queda expresado por la ley de
Raoult: La disminución de la presión de vapor que se observa (cuando el soluto
no es volátil ni fónico) en toda disolución conrespecto a la del disolvente
puro, es directamente proporcional al número de moléculas (fracción molar) del
soluto por unidad del volumen del disolvente.
Este hecho se debe a que las
moléculas del soluto dificultan la evaporación de las moléculas del disolvente
que están en la superficie de la disolución al disminuir la presión de vapor
tiene que elevarse al punto de ebullición de la disolución y disminuir su punto
de congelación con respecto al del disolvente puro. Es decir, que si llamamos
P1 a la presión del vapor de la disolución, Po a la presión de vapor del
disolvente puro y n1 y n2 al número de moléculas por unidad de volumen de
disolvente y de soluto, expresaremos matemáticamente la Ley de Raoult así:
Presión Osmótica
Es la difusión de líquidos a
través de membranas. Supongamos una disolución de NaCl separada del disolvente
por una membrana semipermeable que, como hemos visto, permite el paso del agua
pero no de la sal (Figura izquierda de la tabla). El agua tiende a atravesar la
membrana, pasando de la disolución más diluída a la más concentrada (Figura
central de la tabla), o sea, en el sentido de igualar las concentraciones. Esta
tendencia obedece al segundo principio de la termodinámica y se debe a la
existencia de una diferencia en la presión de vapor entre las dos disoluciones.
El equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana se igualan las
concentraciones, ya que el flujo neto de agua se detiene.
Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse
de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable
(Figura central de la tabla). Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse
con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los
separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica
necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente
por una membrana semipermeable
Para medir la presión osmótica se utiliza el osmómetro:
El proceso físico-químico de la disolución
Para que ocurra una disolución es importante considerar que las moléculas
del soluto y solvente están juntas debido a atracciones intermoleculares
(atracciones entre moléculas), las cuales no son enlaces químicos.
Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partículas
de soluto se dispersan en el disolvente. Las partículas de soluto ocupan
posiciones que estaban ocupadas por moléculas de disolvente. La facilidad
con que una partícula de soluto sustituye a una molécula de disolvente depende
de la fuerza relativa de tres tipos de interacciones que se establecen
entre disolvente y disolvente, soluto y soluto, disolvente y soluto.
Se puede imaginar que el proceso de disolución ocurre en tres etapas independientes:
- La primera implica la separación de las moléculas de disolvente
- La segunda, implica la separación de las moléculas de soluto.
- En la tercera etapa se mezclan las moléculas de disolvente y de soluto
Tipos de disoluciones
La naturaleza está formada por materiales
homogéneos y heterogéneos. Los materiales homogéneos son aquellos que contienen
dos o más componentes que no se pueden distinguir puesto que se presentan en una sola fase
y se llaman disoluciones. Los materiales heterogéneos son aquellos formados por dos o más
fases o proporciones físicamente distintas, distribuidas desigualmente, como por ejemplo,
harina con agua.
Una característica particular de los materiales homogéneos es que tiene la
misma composición en todas sus partes de tal manera que si se divide en
partes más pequeñas, cada una de ellas tendrá las mismas propiedades
que el material original. Por su parte, los materiales que siempre tienen la
misma composición reciben el nombre de sustancias puras y se reconocen
porque poseen composición definida, invariable y un conjunto específico de
propiedades físicas y químicas. Por medio de éstas se puede identificar y diferenciar
de los materiales heterogéneos, los cuales se llaman corrientemente
mezclas. Una mezcla es una combinación física de dos o más sustancias,
en la que cada una de éstas mantienen su identidad. Algunos ejemplos son
el aire, las bebidas carbonatadas, leche y cemento. Las mezclas no tienen
composición fija, por ejemplo, muestras de aire colectadas en dos ciudades
distintas probablemente tendrán composiciones diversas como resultado
de sus diferencias de altitud, contaminación, etc. Una mezcla puede ser
homogénea y heterogénea.
Las disoluciones son mezclas homogéneas
Un material heterogéneo siempre es una mezcla compuesta por más de
una fase. Por ejemplo la piedra caliza es una mezcla que contiene carbonato
de calcio CaCO3; carbonato de magnesio, MgCO3, dióxido de silicio, Si O2
y óxido de aluminio, Al2O3, en composición variable. Las mezclas se diferencian
de las soluciones en que, en esta última, no se pueden distinguir
sus componentes y no pueden ser separados por métodos físicos simples
(filtración, decantación, centrifugación). Cuando es posible realizar la separación
por algunos de estos procedimientos entonces lo que se trata de
una mezcla y no una disolución, como por ejemplo el agua.
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| Tabla con ejemplos de las disoluciones más comunes según su estado físico: |
Propiedades Coligativas de las Disoluciones
Son muchas las propiedades de las
disoluciones, entre ellas densidad, índice de refracción, punto de ebullición,
etc., y cambian cuando se modifica su composición. Para la mayoría de estas
propiedades no se pueden dar reglas o leyes sobre la dirección o magnitud de
sus cambios, puesto que los datos experimentales figuran en tablas separadas
para cada conjunto de componentes (soluto y, disolvente). Sin embargo, los
solutos, en disoluciones muy diluidas, y algunos grupos de substancias, aún en
disoluciones de cualquier concentración (disoluciones ideales), tienen muchas
de las propiedades de los gases. Esto es explicable por las distancias
proporcionalmente grandes que separan una molécula, del soluto, de otra, lo
cual influye en las propiedades de las disoluciones que dependen sólo del
número (concentración) de las moléculas o iones que constituyen el soluto. Las
propiedades coligativas son cuatro: disminución de la presión de vapor,
depresión del punto de congelación, elevación del punto de ebullición y presión
osmótica.
La presión de vapor de todas las
disoluciones de solutos no volátiles y no ionizados (que no sean electrólitos)
es menor que la del disolvente puro. Lo cual queda expresado por la ley de
Raoult: La disminución de la presión de vapor que se observa (cuando el soluto
no es volátil ni fónico) en toda disolución conrespecto a la del disolvente
puro, es directamente proporcional al número de moléculas (fracción molar) del
soluto por unidad del volumen del disolvente.
Este hecho se debe a que las
moléculas del soluto dificultan la evaporación de las moléculas del disolvente
que están en la superficie de la disolución al disminuir la presión de vapor
tiene que elevarse al punto de ebullición de la disolución y disminuir su punto
de congelación con respecto al del disolvente puro. Es decir, que si llamamos
P1 a la presión del vapor de la disolución, Po a la presión de vapor del
disolvente puro y n1 y n2 al número de moléculas por unidad de volumen de
disolvente y de soluto, expresaremos matemáticamente la Ley de Raoult así:
Presión Osmótica
Es la difusión de líquidos a
través de membranas. Supongamos una disolución de NaCl separada del disolvente
por una membrana semipermeable que, como hemos visto, permite el paso del agua
pero no de la sal (Figura izquierda de la tabla). El agua tiende a atravesar la
membrana, pasando de la disolución más diluída a la más concentrada (Figura
central de la tabla), o sea, en el sentido de igualar las concentraciones. Esta
tendencia obedece al segundo principio de la termodinámica y se debe a la
existencia de una diferencia en la presión de vapor entre las dos disoluciones.
El equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana se igualan las
concentraciones, ya que el flujo neto de agua se detiene.
Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse
de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable
(Figura central de la tabla). Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse
con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los
separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica
necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente
por una membrana semipermeable
Para medir la presión osmótica se utiliza el osmómetro:
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