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Qumica Disoluc

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Has notado la diferencia que hay cuando tomamos un t con una cucharada de azcar y cuando lo tomamos con tres cucharadas de azcar? La diferencia radica en la concentracin. A lo largo de este captulo veremos formas de cuantificar concentraciones, junto con entender el concepto de acidez.

Fernando Brierley V. Felipe Salas B.

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Disoluciones Muchas veces hemos tenido la curiosidad acerca de qu pasa al combinar dos sustancias que no conocemos. La misma motivacin ha llevado a los cientficos a descubrir muchos compuestos complejos, pero de una utilidad gigantesca. Sin embargo con el tiempo se han ido incorporando las llamadas concentraciones de las soluciones, para ayudar a distinguir unas de otras. Una solucin (o disolucin) es una mezcla homognea de dos o ms sustancias. La que est en mayor cantidad la llamamos solvente (o disolvente) y la que est en menor cantidad la llamamos soluto (o disoluto). Podemos distinguir tres tipos de soluciones, dependiendo del estado de agregacin del soluto y del solvente: (i) Slidas: donde el solvente y el soluto son slidos. (ii) Lquidas: el solvente es lquido y el soluto puede estar en cualquiera de los tres estados fundamentales de la materia. (iii) Gaseosas: Tanto el solvente como el soluto se encuentran en estado gaseoso. El hecho de poder cuantificar la concentracin de una solucin es algo muy til. Es por ello que se han inventado numerosas medidas de concentracin. Existe un modo de medir concentraciones dependiendo nicamente de la masa (o el volumen) del soluto y de la solucin. Son las llamadas concentraciones en porcentajes. Veremos a continuacin las ms usadas:

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I] Tipos de Concentraciones: a) Porcentaje en masa/masa (m/m): Es la cantidad de gramos de soluto que hay en 100 gramos de solucin. Se calcula de la siguiente manera: % = 100 [] Dato puntaje: Masa de la solucin = masa soluto + masa solvente. b) Porcentaje en masa/volumen (m/v): Es la cantidad de gramos de soluto que hay en 100 mililitros de solucin. Se calcula de la siguiente manera: % = 100 [] c) Porcentaje en volumen/volumen (v/v): Es la cantidad de mililitros de soluto que hay en 100 mililitros de solucin. Se calcula de la siguiente manera: % = 100 [] d) Partes por milln (PPM): Es la cantidad de unidades de soluto que hay por un milln de unidades de solucin. = [] [] Para poder definir las dems medidas de concentracin, es necesario entender primero qu es un mol. Al igual que una decena, un mol es una cantidad de objetos. Usualmente, en qumica trabajamos con moles de tomos o de molculas, pero al ser una cantidad nosotros podramos hablar de un mol de personas, un mol botellas, etc. 1 = 6.02 10!" . Vemos que un mol es una cantidad gigantesca, es decir, es el nmero 602 seguido de 21 ceros. Es tambin llamado como la constante de Avogadro. Dato puntaje: Para determinar la constante de Avogadro, ste ltimo se pregunt cuntos tomos de carbono 12 (C12) hay en 12 gramos de dicho elemento.

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A partir del concepto de mol, podemos incurrir en otras formas de medir concentraciones, las cuales dependen del nmero de moles del soluto, junto con el volumen (o la masa) de la solucin. e) Molaridad (concentracin molar): Es la cantidad de moles de soluto que hay en un litro de solucin. = [] f) Molalidad (concentracin molal): Es la cantidad de moles de soluto que hay en un kilogramo de solvente. = [] g) Fraccin molar: Es el cuociente entre la cantidad de moles de un soluto y la cantidad de moles de la solucin. = A pesar de tener maneras de cuantificar las concentraciones, es necesario recalcar que una concentracin no puede ser infinita, puesto que la capacidad de disolver tiene un lmite. Dato puntaje: sto lo evidenciamos cuando queremos disolver sal en agua. Despus de un tiempo, la sal deja de disolverse y comienza a depositarse en el fondo. I I] Solubilidad Dependiendo del grado de concentracin del soluto podemos definir distintos tipos de soluciones: Solucin insaturada: es la que permite seguir disolviendo soluto. Solucin saturada: es la que ya no disuelve ms soluto, siendo este depositado en el fondo. Solucin sobresaturada: ocurre cuando se enfra lentamente una solucin saturada, la cual no acepta ms soluto pero tiene mayor cantidad de soluto disuelto que una solucin saturada. Es necesario recalcar que solventes polares disuelven solutos polares, mientras que solventes apolares lo hacen con solutos apolares. Es por ello que vemos fenmenos como la imposibilidad de disolver aceite en agua. Es as como nace el concepto de solubilidad, el que se representa por una curva. Esta curva nos dice la constante de solubilidad, es decir, la mayor

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cantidad de soluto que acepta un solvente antes de saturarse. Existen maneras de hacer cambiar esa constante, las veremos a continuacin. Temperatura: En general al aumentar la temperatura de la mezcla, aumenta la solubilidad. Presin: Al aumentar la presin a la que est sometida la solucin, aumenta la solubilidad (Solo en gases). Podramos pensar que las propiedades fsicas son inalterables y que no deberan cambiar si disolvemos soluto en un solvente. La verdad es que no es as. Existen las llamadas propiedades coligativas, que son propiedades que cambian dependiendo del nmero de partculas que disolvamos. I II] Propiedades Coligativas: Las propiedades coligativas corresponden al cambio de ciertas propiedades fsicas del solvente al agregarle soluto. Es importante recalcar que las propiedades dependen de la cantidad de soluto (cantidad de partculas) y no de su naturaleza. A continuacin explicaremos cada una. Presin de vapor: La presin de vapor es la presin que ejerce la capa superficial de todo fluido al pasar constantemente del estado lquido al gaseoso. Al aumentar la cantidad de partculas disueltas, la presin de vapor disminuye puesto que las molculas del lquido estn ms ocupadas con el soluto. Aumento ebulloscpico (Temperatura de ebullicin). A medida que aumentamos la cantidad de partculas disueltas, la temperatura de ebullicin ir en aumento. Descenso crioscpico (Temperatura de congelacin): A medida que aumentamos la cantidad de partculas disueltas, la temperatura de fusin disminuye. Tanto el aumento ebulloscpico como el descenso crioscpico responden a la siguente frmula: = . Presin osmtica: Cuando dejamos dos soluciones (de distintas concentraciones) del mismo solvente separadas de una membrana semi-permeable, la cual slo permite el paso al solvente, se ve que el solvente viaja de una zona de menor concentracin a una de mayor. La presin osmtica corresponde a la presin hidrosttica que alcanza la disolucin ms concentrada en el instante en el que el paso de molculas es nulo.

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IV] Estequiometra: La estequiometra es la rama de la qumica que se preocupa del clculo de las relaciones cuantitativas que existe entre los reactantes y los productos de una reaccin. Para ello es necesario definir conceptos que nos sern de ayuda. Masa atmica: Es la masa de un mol de un determinado elemento. Ejemplo: Si tomamos un mol de hidrgeno, su masa ser aproximadamente 1 gramo. Masa Molecular (MM): Es la masa de un mol de una determinada molcula. Ejemplo: Si tomamos un mol de agua, su masa ser aproximadamente 18 gramos. La unidad de la masa atmica como de la masa molecular es !"#$%&!"# Siendo una forma de calcular la masa molecular la siguiente: = Es as como podemos expresar una reaccin qumica como una ecuacin, donde se entiende que unos reactantes se transforman en productos. Esta transformacin presupone una ruptura de enlaces y formacin de nuevas especies. En una reaccin, nos encontraremos con la notacin siguiente: ! (!"#$%&), donde A es el elemento, x es el nmero de elementos que forman una molcula, N es el nmero de moles de molculas (coeficiente estequiomtrico), siendo usualmente el nmero de moles y el estado corresponde al estado de agregacin. Es importante recalcar que el nmero de partculas lo podemos sacar como Nx. Un ejemplo de ello puede ser 3O2(g). Es decir, tenemos tres moles de la molcula di oxgeno en estado gaseoso. Tambin se puede entender como que hay 6 moles de tomos de oxgeno (pues 32 es 6). A continuacin veremos una ecuacin qumica. V] Ecuaciones Qumicas: En una ecuacin qumica, se representan a los reactantes al lado izquierdo, mientras que los productos son los del lado derecho. A continuacin veremos un ejemplo de reaccin. 2!(!) + !(!) 2!(!) De esta reaccin podemos interpretar que dos moles de di hidrgeno reaccionan con un mol de oxgeno formando dos moles de agua (este anlisis puede ser hecho usando partculas en vez de mol, puesto que el coeficiente estequiomtrico es general). Adems, las reacciones tienen que cumplir con una condicin. No infringir la ley de la conservacin de la masa. Es decir, si en los reactantes tenamos dos moles de di hidrgeno, estos tienen que estar tambin en los productos, puesto que la masa no se crea ni se destruye.

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Es as como nos podemos encontrar con ecuaciones no balanceadas: ! + ! !!"! + ! Claramente es una ecuacin no balanceada, si construimos una tabla nos queda de la siguiente forma: Elemento Nmero de partculas: reactantes Nmero de partculas: productos Oxgeno 2 + 1 = 3 8 Carbono 1 6 Hidrgeno 2 12 Para que una ecuacin est balanceada, el nmero de partculas en los reactantes debe ser igual al de los productos. Para ello, debemos anteponer coeficientes estequiomtricos a las especies para poder balancear. Esta ecuacin balanceada nos queda de la manera: 6! + 6! !!"! + 6! De este modo, al construir la tabla nos queda: Elemento Nmero de partculas: reactantes Nmero de partculas: productos Oxgeno 62 + 6 = 18 6 + 62 = 18 Carbono 6 6 Hidrgeno 62 = 12 12 Por lo que la ecuacin est balanceada. En general, la receta para balancear correctamente una ecuacin es ir probando coeficientes de tal manera que el nmero de partculas de un determinado elemento sea el mismo tanto en los reactantes como en los productos. VI] cidos y Bases: Todas las sustancias se pueden clasificar como cidos o bases. Esta clasificacin implica ciertas propiedades que tienen todas las sustancias cidas y propiedades que comparten las bases.

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Propiedades: cidos: - Sabor agrio - Tien de rojo el papel tornasol. - Al reaccionar con una base se neutralizan. - Liberan H+ al reaccionar con metales. Bases: - Sabor amargo - Tien de azul el papel tornasol. - Al reaccionar con un cido se neutralizan. Existen maneras para identificar cundo una sustancia es cido o base en una reaccin. A lo largo de la historia cientficos han logrado establecer teoras del comportamiento de los cidos y las bases. Las presentaremos a continuacin. 1 . Teora de Arrhenius: Esta teora nos dice que un cido es una sustancia que en una solucin acuosa libera iones H+, mientras que una base es una sustancia que en una solucin acuosa libera iones OH-. El problema de sta teora es que se restringe a slo soluciones acuosas y no dice qu ocurre en otras. 2 . Teora de Brnsted-Lowry: Esta teora nos dice que un cido es una sustancia que en una solucin (de cualquier tipo) libera iones H+, mientras que una base es una sustancia que en una solucin acepta iones H+. 3 . Teora de Lewis: Esta teora nos dice que un cido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones (tiene un orbital vaco) mientras que una base es una sustancia que tiene un par de electrones libres (puede donar un par de electrones). Una vez sabido cmo identificar a las sustancias cidas, nace la inquietud de cmo cuantificar esta acidez (o en su defecto, basicidad). Para ello es que se cre una escala de pH. Esta escala sita a las sustancias neutras (como el agua) en el rango de pH=7. Entre 0 y 7 se considera que la sustancia es cida, siendo 0 muy cida y a medida que nos acercamos a 7 la acidez va disminuyendo. Entre 7 y 14 la sustancia es bsica, siendo 14 muy bsica y a medida que nos acercamos a 7 la basicidad va disminuyendo.

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Existen adems unas sustancias llamadas Buffers (o tampones). La particularidad de estas sustancias radica en la posibilidad que tienen para dejar el pH de una solucin dentro de ciertos mrgenes. El modo de operar de los Buffers es comportarse como base o cido dependiendo de la sustancia que desea neutralizar. Este comportamiento se conoce como comportamiento de anftero.