UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

N D I C E

2Unidad IV: Soluciones

Conferencia N 112I.DISOLUCIONES Y TIPOS DE SOLUCIONES21.1Terminologa de las disoluciones3II.DISOLUCIONES DESDE EL PUNTO DE VISTA MOLECULAR32.1Factores que rigen el Proceso de Disolucin4III.FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD53.1Efecto De La Naturaleza Del Soluto En La Solubilidad53.2Efecto De La Temperatura En La Solubilidad63.2Efecto De La Presin En La Solubilidad8Conferencia N 1210I.TIPOS DE CONCENTRACIONES FISICAS.101.1Porcentaje peso/peso101.2Porcentaje peso/volumen101.3Partes por Milln11II.TIPOS DE CONCENTRACIONES QUMICAS112.1Fraccin Molar112.2Molalidad (m)122.3Molaridad (M)122.4Normalidad (N)132.5Ley de Dilucin14Conferencia N 1315I.ESTEQUIOMETRA DE SOLUCIONES15II.PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES162.1Descenso en la presin de vapor (no electrlitos)162.2Elevacin del punto de ebullicin182.3Disminucin del Punto de Congelacin192.4Presin Osmtica19Conferencia N 1421I.COLOIDES211.1Efecto Tyndall221.2El Fenmeno de Adsorcin221.3Coloides Hidroflicos e Hidrofbicos23

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

DEPARTAMENTO DE QUMICA E INGENIERA AMBIENTAL

QUMICA GENERAL IUnidad IV: Soluciones

Conferencia N 11

Sumario:1. Disoluciones y Tipos de soluciones.

2. Disoluciones desde el punto de vista molecular.

3. Factores que afectan la solubilidad.

I.DISOLUCIONES Y TIPOS DE SOLUCIONESUna disolucin es una mezcla homognea de dos o ms sustancia, donde un soluto (sustancia disuelta) esta distribuido uniformemente en un disolvente (sustancia que disuelve). Se pueden considerar seis tipos fundamentales de disoluciones, dependiendo de los estados originales (slido, lquido o gaseoso) de los componentes de la disolucin.

Tabla 1: Tipos de solucionesSolutoDisolventeEstado de la disolucin resultanteEjemplos

GasGasGasAire

GasLquidoLquidoAgua gaseosa (CO2) en agua

GasSlidoSlidoH2 gaseoso en paladio

LquidoLquidoLquidoEtanol en agua

SlidoLquidoLquidoNaCl en agua

SlidoSlidoSlidoBronce (Cu/Zn/Sn), Soldadura (Sn/Pb)

Se consideraran distintos aspectos de las disoluciones:

Descripcin de la naturaleza y la concentracin de los compuestos en una disolucin.

La disolucin desde el punto de vista molecular.

Factores que afectan la solubilidad: la naturaleza del soluto, la temperatura y la presin.

Mtodos para expresar la concentracin de las disoluciones especificando las cantidades relativas de soluto y de disolvente.

Efecto del soluto sobre las propiedades del disolvente, como su presin de vapor, su punto de congelacin y su punto de ebullicin (propiedades coligativas).

1.1Terminologa de las disoluciones

Se suele utilizar distintos adjetivos para indicar las cantidades relativas de soluto y disolvente empleadas en una disolucin:

Solucin Diluida: se refiere a una solucin con una pequea cantidad de soluto.

Solucin Concentrada: disolucin que contenga ms soluto en la misma cantidad de disolvente

Las concentraciones relativas de las disoluciones se expresan frecuentemente con los trminos (saturada(, (no saturada( y (sobresaturada(.

Disolucin Saturada: Una disolucin saturada es aquella que est en equilibrio con el soluto no disuelto.

Disolucin No Saturada: Una disolucin no saturada contiene menor concentracin de soluto que la disolucin saturada; no est en equilibrio. Si se aade ms soluto, ste se disuelve, y la disolucin estar ms prxima a la saturacin.

Disolucin Sobresaturada: Una disolucin sobresaturada contiene ms soluto que el que corresponde a la concentracin de equilibrio. Es muy estable en presencia de un pequeo exceso de soluto.

II.DISOLUCIONES DESDE EL PUNTO DE VISTA MOLECULAREn los estados lquido y slido las molculas se mantienen unidas por atracciones intermoleculares. Estas fuerzas tambin juegan un papel central en la formacin de las disoluciones. El dicho lo semejante disuelve a lo semejante se basa en la accin de las fuerzas intermoleculares.

Cuando una sustancia (el soluto) se disuelve en otra (el disolvente) por ejemplo, un slido en un lquido- las partculas de soluto se dispersan homogneamente en todo el disolvente. Las partculas del soluto ocupan posiciones que corresponden por lo normal a molculas de disolvente. La facilidad con la que una partcula de soluto puede reemplazar a una molcula de disolvente depende de la fuerza relativa de tres tipos de interacciones:

Interaccin disolvente-disolvente

Interaccin disolvente-soluto

Interaccin soluto-soluto

Se pude imaginar que el proceso de disolucin se lleva a cabo en tres etapas independientes (figura 1)

Figura 1: Enfoque molecular del proceso de disolucin concebido en tres etapas

La etapa 1 implica la separacin de las molculas de disolvente, y la etapa 2 implica la separacin de las molculas de soluto. Estas etapas requieren inversin de energa para romper las fuerzas de atraccin intermolecular; por lo tanto, son endotrmicas. En la etapa 3 se mezclan las molculas de disolvente y de soluto. Esta mezcla puede ser exotrmica o endotrmica. El calor de disolucin (Hsoln est dada por:

(Hsoln = (H1 + (H2 + (H3

S la atraccin soluto-disolvente es ms fuerte que la atraccin disolvente-disolvente y que la atraccin soluto-soluto, ser favorable el proceso de disolucin, esto es, el soluto se disolver en el disolvente. Dicho proceso de disolucin es exotrmico ((Hsoln< 0). S la interaccin soluto-disolvente es ms dbil que las interacciones disolvente-disolvente y soluto-soluto, entonces el proceso de disolucin es endotrmico ((Hsoln > 0).

2.1Factores que rigen el Proceso de Disolucin

Factor Energtico: este factor determina si el proceso de disolucin ser endotrmico o exotrmico. Slo los procesos de disolucin exotrmicos se relacionan con interacciones soluto-disolvente favorables.

Factor de Desorden o aleatoriedad: ste resulta cuando se mezclan las molculas de soluto y disolvente para formar una disolucin. En estado puro, el disolvente y el soluto poseen cierto grado de orden. Por orden se entiende una disposicin regular de tomos, molculas o iones en el espacio tridimensional. Gran parte de este orden se destruye cuando el soluto se disuelve en el disolvente (ver figura 1). Por lo tanto, el proceso de disolucin siempre se acompaa de un incremento en el desorden o aleatoriedad. Es este incremento lo que favorece la solubilidad de cualquier sustancia. Esto explica por qu una sustancia puede ser soluble en un disolvente aun cuando el proceso de disolucin sea endotrmico.

III.FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDADEntre los factores que afectan la solubilidad, se encuentran: la naturaleza del soluto, la temperatura y la presin.

3.1EFECTO DE LA NATURALEZA DEL SOLUTO EN LA SOLUBILIDAD

Disoluciones de lquidos en lquidos

Se dice que semejante disuelve a semejante. Una forma ms precisa de decir esta mxima es decir que dos sustancias que tienen el mismo tipo de fuerzas intermoleculares sern, muy probablemente, solubles entre s. Por ejemplo, tanto el tetracloruro de carbono (CCl4) como el benceno (C6H6) son lquidos no polares. Las nicas fuerzas intermoleculares presentes en estas sustancias son fuerzas de dispersin. Cuando estos dos lquidos se mezclan, rpidamente se disuelven entre s. Esto se debe a que la atraccin entre las molculas de CCl4 y C6H6 son comparables en magnitud a aquellas que se dan entre las molculas de CCl4 y entre las molculas de C6H6.

Cuando dos lquidos son completamente solubles entre s en todas proporciones, se dicen que son Lquidos miscibles. El etanol y el agua son lquidos polares que son miscibles entre s. En una disolucin de etanol-agua la interaccin soluto-disolvente adquiere la forma de enlaces de hidrgeno, comparables en magnitud a los que se producen entre las molculas de agua y las molculas de etanol.

Figura 2: Enlace por puente de hidrgenoSin embargo, cuando dos lquidos no se mezclan se dice que son inmiscibles. Cuando se mezcla CCl4 (no polar) y agua (polar) se obtiene dos fases lquidas distintas: una que consta de agua con una muy pequea cantidad de CCl4 y la otra constituida por CCl4 con una muy pequea cantidad de agua.

Disoluciones de slidos en lquidos: Para analizar la solubilidad de slidos en lquidos, se dividirn los slidos en cuatro categoras: inicos, covalentes, moleculares y metlicos.

Cristales inicosEn general se pude predecir que los compuestos inicos sern mucho ms solubles en los disolvente polares, como el agua, el amonaco lquido y el fluoruro de hidrgeno lquido, que en disolventes no polares, como el benceno y el CCl4. Esto se deben a que los iones se estabilizan por medio de la hidratacin, lo que implica la interaccin ion-dipolo. Como las molculas de los disolventes no polares carecen de momento dipolo, no pueden solvatar eficazmente a los iones. La solubilidad de los compuestos inicos en los disolventes no polares se puede incrementar en forma relevante mediante el uso de compuestos llamados teres coronas.

Cristales CovalentesLos cristales covalentes, como el grafito y el cuarzo (SiO2), por lo general no se disuelven en disolvente alguno, sea polar o no polar.

Cristales MolecularesLas fuerzas de atraccin entre las molculas de un cristal molecular son fuerzas relativamente dbiles dipolo-dipolo, tipo dispersin y/o enlaces de hidrgeno. Por ejemplo en un cristal de naftaleno (C10H8) las molculas se mantienen unidas slo por fuerzas de dispersin. As que puede predecirse que el naftaleno se disolver rpido en disolvente no polares, tales como el benceno, pero slo ligeramente agua. Sin embargo, la urea (H2NCONH2) es mucho ms soluble en agua y en etanol que en CCl4 o C6H6 porque tiene la capacidad de formar enlaces de hidrgeno con el agua

Cristales MtalicosEn general los metales no son solubles en disolvente alguno, sea polar o no polar. En vez de ello, numerosos metales reaccionan qumicamente con el disolvente. Por ejemplo, los metales alcalinos y algunos alcalinotrreos (Ca, Sr y Ba) reaccionan con agua para producir hidrgeno gaseoso y el hidrxido metlico correspondiente.

3.2EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA SOLUBILIDAD

La solubilidad de los slidos y la temperaturaCuando se agita un exceso de un slido como el cloruro sdico con agua, se forma una disolucin saturada. Se establece un equilibrio entre el slido y los iones en disolucin:

NaCl(s) ( Na+(ac) + Cl-(ac)Ahora bien, se puede predecir el efecto de un cambio de temperatura sobre el equilibrio de solubilidad aplicando el principio siguiente:

Un incremento de temperatura siempre favorece el proceso endotrmico

Esto significa que si el proceso de solubilidad absorbe calor ((H>0), un aumento de temperatura aumenta la solubilidad. En otras palabras, a medida que aumenta la temperatura se disuelve cada vez ms soluto en la disolucin.

La disolucin de un slido en un lquido es casi siempre un proceso endotrmico; hay que absorber calor para romper la red del cristal:

Slido + lquido ( disolucin; (H>0

Aplicando el principio anterior podemos esperar que las solubilidades de los slidos aumente con la temperatura. La Figura 1 muestra el efecto de la temperatura sobre la solubilidad en agua de diferentes electrolitos. En la mayora de los casos, aunque no en todos, la solubilidad aumenta con la temperatura.

Figura 3: Dependencia de la solubilidad con respecto a la temperatura de algunos compuestos inicos en el aguaLa solubilidad de los gases y la temperatura

Un equilibrio similar se establece cuando un gas como el dixido de carbono burbujea en agua:

CO2(g) ( CO2(ac)Disolviendo un gas en un lquido, generalmente se produce calor ((H