Comencemos diciendo que en el universo la materia se presenta bajo diferentes formas, las cuales llamamos materiales. Las sustancias son materiales de composición química definida como el agua (H2O), la glucosa (C6H12 O6 ),etc.
Las mezclas constituyen sistemas formados por dos o más especies que no reaccionan químicamente entre sí. Estos materiales pueden ser homogéneos, cuando óptimamente presentan una sola fase, y una distribución regular de sus propiedades físicas y químicas y heterogéneos cuando presentan dos o más fases y una distribución irregular de sus propiedades.
Las mezclas constituyen sistemas formados por dos o más especies que no reaccionan químicamente entre sí. Estos materiales pueden ser homogéneos, cuando óptimamente presentan una sola fase, y una distribución regular de sus propiedades físicas y químicas y heterogéneos cuando presentan dos o más fases y una distribución irregular de sus propiedades.
La fase de un sistema, es la porción homogénea que se puede separarse mecánicamente, es decir, mediante el uso del algunos de los procesos que se mencionan a continuación: tamización, decantación, imantación, filtración, centrifugación.
Son mezclas homogéneas, agua con azúcar; cloroformo con éter etílico, alcohol etílico con bencina, etc.
Son mezclas heterogéneas: azufre con agua, almidón con alcohol, kerosene y agua.
Las disoluciones son materiales homogéneos formados por dos o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos limites.
Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante denominado disolvente. Una disolución puede estar formada por uno o más soluto y uno o más disolventes. Pero en este tema nos referiremos a las soluciones binarias, es decir, aquellas que están constituidas solo por un soluto y un disolvente.
CARACTERISTICAS DE LAS DISOLUCIONES
1. Son mezclas homogéneas, es decir, que las sustancias que la conforman ocupan una sola fase, y presentan una distribución regular de sus propiedades físicas y químicas, por lo tanto al dividir la disolución en n partes iguales o distintas, cada una de las porciones arrojará las mismas propiedades físicas y químicas.
2. La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varían entre ciertos limites. Por ejemplo, 100 g de agua a 0 ºC es capaz de disolver hasta 37,5 g de NaCl, pero si mezclamos 40 g de NaCl con 100 g de agua a la temperatura señalada, quedará un exceso de soluto sin disolver.
3. Sus propiedades físicas dependen de su concentración.
Ej. disol. HCl 12 mol/L Densidad = 1,18 g/cm3
disol. HCl 6 mol/L Densidad = 1,10 g/cm3
4. Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc.
Ej: Para separar los componentes de una disolución acuosa de NaCl, se realiza por evaporación, es decir la disolución es sometida a calentamiento, al alcanzarse la temperatura de ebullición del solvente éste se separa en forma de gas, quedando la sal como residuo.
5. Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son inferiores a 10 Angstrom ( ºA ).
CLASIFICACION DE LAS DISOLUCIONES.
POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN y POR SU CONCENTRACIÓN
POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN
SÓLIDAS
1.Sólido en sólido :
zin en estaño (Latón ).
2.Gas en sólido: Hidrógeno en paldio.
3.Líquido en sólido: Mercurio en plata (amalgama).
LÍQUIDAS
1.Líquido en Líquido:Alcohol en agua
2.Sólido en líquido:Sal en agua
3.Gas en líquido:Oxígeno en agua
zin en estaño (Latón ).
2.Gas en sólido: Hidrógeno en paldio.
3.Líquido en sólido: Mercurio en plata (amalgama).
LÍQUIDAS
1.Líquido en Líquido:Alcohol en agua
2.Sólido en líquido:Sal en agua
3.Gas en líquido:Oxígeno en agua
GASEOSAS Gas en gas: Oxígeno en nitrógeno.
POR SU CONCENTRACIÓN
DISOLUCION NO-SATURADA; es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación.Ej: a 0 ºC 100 g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada.
DISOLUCION SATURADA: en estas disoluciones hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto. Ej una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 disueltos en 100 g de agua 0 ºC .
DISOLUCION SOBRE SATURADA: representan un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada.
Para preparar este tipo de disoluciones se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas soluciones son inestables, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.
Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, algunos autores clasifican las disoluciones en diluidas y concentradas, y las concentradas se subdividen en saturadas y sobre saturadas. Las diluidas, se refieren a aquellas que poseen poca cantidad de soluto en relación a la cantidad de disolución; y las concentradas cuando poseen gran cantidad de soluto. Esta clasificación es inconveniente su utilización, debido a que no todas las sustancias se disuelven en la misma proporción en un determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada.
Ej: a 25 ºC en 100 g de agua se disuelven
a) 0,000246 g de BaSO4
b) 50 g Na2S2O3.
La disolución de sulfato de Bario es concentrada (saturada) por que ella no admite más sal, aunque por la poca cantidad de soluto disuelto debería clasificarse como diluida. Por ello es más conveniente clasificar a las soluciones como no saturadas, saturadas y sobre saturadas.
SOLUBILIDAD: la solubilidad expresa la cantidad de gramos de soluto disueltos por cada 100g de disolvente a una determinada temperatura. Para calcularla, se utiliza la siguiente relación.
Para que una sustancia se disuelva en otra debe existir semejanza en las polaridades de sus moléculas. Por ejemplo el agua es un compuesto polar, por ello disuelve con facilidad a las sustancias polares como son los ácidos, hidróxidos y sales inorgánicas y a los compuestos orgánicos polares. Esta regla no es totalitaria, ya que existen compuestos inorgánicos altamente polares que son insolubles en agua como son los carbonatos, fosfatos (exceptuando a los del grupo IA y del NH4+), los hidróxidos (exceptuando los del grupo IA y el Ba(OH)2) y los sulfuros (exceptuando a los del grupo IA, IIA, del NH4+) esta situación está relacionada con el tamaño de la molécula y las fuerzas ínteriónicas.
Las sustancias se consideran insolubles cuando la solubilidad es menor a 0,1 mg de soluto por cada 100g disolvente. Y cuando un líquido no se disuelve en otro líquido se dice que no son miscibles.
FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD: La naturaleza del soluto y del solvente, la temperatura y la presión.
1. LA NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL SOLVENTE: no existe una regla fija que permite establecer una generalización en cuanto al fenómeno de la disolución. Cuando un soluto es agregado en un solvente se da un proceso de difusión de las moléculas del soluto hacia el seno de las moléculas del soluto y del solvente, lo cual ocurre solo y cuando entre las moléculas del soluto y del solvente se establezcan fuerzas interactivas capaces de vencer las fuerzas intermoleculares existentes en el cuerpo a dispersar. Es por ello que los solventes polares tienden a disolver a las sustancias de polaridad semejante, aunque este proceso puede ser interferido por la existen de moléculas más voluminosas que las del solvente y por ende, la existencias de fuerzas intermoleculares superiores a las que podrían establecerse entre el soluto y el solvente.
Para que una sustancia se disuelva en otra debe existir semejanza en las polaridades de sus moléculas. Por ejemplo el agua es un compuesto polar, por ello disuelve con facilidad a las sustancias polares como son los ácidos, hidróxidos y sales inorgánicas y a los compuestos orgánicos polares. Esta regla no es totalitaria, ya que existen compuestos inorgánicos altamente polares que son insolubles en agua como son los carbonatos, fosfatos (exceptuando a los del grupo IA y del NH4+), los hidróxidos (exceptuando los del grupo IA y el Ba(OH)2) y los sulfuros (exceptuando a los del grupo IA, IIA, del NH4+) esta situación está relacionada con el tamaño de la molécula y las fuerzas ínteriónicas.
Las sustancias se consideran insolubles cuando la solubilidad es menor a 0,1 mg de soluto por cada 100g disolvente. Y cuando un líquido no se disuelve en otro líquido se dice que no son miscibles.
FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD: La naturaleza del soluto y del solvente, la temperatura y la presión.
1. LA NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL SOLVENTE: no existe una regla fija que permite establecer una generalización en cuanto al fenómeno de la disolución. Cuando un soluto es agregado en un solvente se da un proceso de difusión de las moléculas del soluto hacia el seno de las moléculas del soluto y del solvente, lo cual ocurre solo y cuando entre las moléculas del soluto y del solvente se establezcan fuerzas interactivas capaces de vencer las fuerzas intermoleculares existentes en el cuerpo a dispersar. Es por ello que los solventes polares tienden a disolver a las sustancias de polaridad semejante, aunque este proceso puede ser interferido por la existen de moléculas más voluminosas que las del solvente y por ende, la existencias de fuerzas intermoleculares superiores a las que podrían establecerse entre el soluto y el solvente.
2. EFECTO DE LA TEMPERATURA: Generalmente un aumento de temperatura facilita el proceso de disolución de un soluto. Lo que se explica por los siguiente hechos:
a.El calor suministrado al sistema aumenta la velocidad de difusión de las partículas del soluto en el seno del solvente.
b.El calor suministrado es absorbido por las moléculas del soluto, debilitándose las fuerzas intermoleculares y facilitándose el proceso de solvatación.
Si embargo, existen casos en donde un aumento de temperatura disminuye la solubilidad, como el caso del Ce2(SO4)3 el cual su solubilidad en agua a O ºC es de 39,5 % mientras que a 100 C es de 2,5 %.
Existe otro caso como el del NaCl el cual una variación de temperatura no altera, apreciablemente la solubilidad. Otro caso muy particular es el Na2S04 el cual al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad hasta alcanzar un máximo, a partir de allí un incremento de temperatura, disminuye la solubilidad. Este comportamiento se debe a que a cierta temperatura los cristales de la sal se hidratan provocando un descenso en la solubilidad.
La influencia de la temperatura en la solubilidad de las sustancias, para algunas sustancias se han recogidos datos experimentales que han permitido construir la gráfica de solubilidad en función de la temperatura.
3. EFECTO DE LA PRESION: este es un factor que tiene efecto apreciable en la solubilidad de gases. Experimentalmente se ha comprobado que la solubilidad del gas es directamente proporcional a las presiones aplicadas.
MECANISMO DE LAS DESOLUCIONES:
Para entender el proceso de formación de una disolución se debe tomar en cuenta el tipo de fuerzas intermoleculares existentes tanto en el soluto como en el solvente. Estas fuerzas pueden ser:
Fuerzas de Van Der Waals.
Interaciones dipolo - dipolo.
Fuerzas interiónicas.
Puentes de hidrógeno.
Las fuerzas de Van Der Waals la presentan los compuestos no polares. Por eso, si el soluto es no polar y el solvente también se cumple el principio que lo
" semejante disuelve a lo semejante "
Esta interacción se establece generalmente entre sustancias orgánicas.
La interacciones dipolo - dipolo la presentan las moléculas polares. Las fuerzas dipolo - dipolo pueden ser:
Dipolo permanente - dipolo permanente ( fuerzas de Keeson ).
Dipolo permanente - dipolo inducido ( fuerzas de Debye ).
Dipolo inducido - dipolo inducido ( Fuerzas London ).
Un solvente polar disuelve a compuestos polares, y a los compuestos iónicos.
Las sustancias no polares al entrar en contacto con las moléculas de un solvente no polar, si el choque de las moléculas es lo suficientemente fuerte para vencer las fuerzas intermoleculares ( fuerzas de Van Der Waals ), loa sustancias se disuelve, de lo contrario no ocurre la disolución. La estabilidad del sistema se alcanza debido a que las fuerzas de Van Der Waals se establecerá entre moléculas del soluto y del solvente.
Ej. Cuando el Yodo; I2 (compuesto no polar) se disuelve en tetracloruro de carbono (CCl4). Cuando el solvente es polar y el soluto es polar o iónico se establece una atracción electrostática entre las moléculas del soluto y del solvente, orientándose el polo positivo de la molécula del solvente hacia el negativo de la molécula del soluto.
ANEXOS:
En el tratado del siguiente tema, se dispone de las siguientes monografías para tratar la parte teorica. Adicionalmente, los videos permiten tratar algunos puntos especificos para reforzar la teoría.
http://es.wikipedia.org/wiki/Propiedades_coligativas
http://es.wikipedia.org/wiki/Descenso_criosc%C3%B3pico
SECCION DE VIDEOS:
Primero:
Segundo:
Tercero:
Cuarto:
