Soluciones

 

Una disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular, de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí, y cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites.

Una solución o disolución, es una mezcla homogénea, que está formada por una sustancia que se disuelve a la que llamaremos soluto y un medio que permite la disolución que se denomina disolvente (solvente). También se define disolvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto; así por ejemplo, en la disolución; soluto y solvente, están en igual cantidad ( 50% de etanol y 50% de agua), la sustancia que se asume es el disolvente será el agua. La solución puede estar formada por uno o más solutos, que se disgregan en un solvente. Una disolución será una mezcla en la misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán separar por centrifugación ni filtración.

Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama)

 Mezcla, Coloides y Solución.

El diámetro y masa de las partículas que hacen parte del soluto, permiten la clasificación de Mezcla, suspensión o coloide y solución. Mientras que en las mezclas burdas se aprecia la formación de fases de separación, en las suspensiones y soluciones se observa mezcla homogénea, sin embargo, en el caso de las suspensiones el diámetro de las partículas de la fase dispersa, están comprendidas entre 10^-9 a 10^-5 m. En ellas, el soluto no está totalmente disgregado en el disolvente, sino disperso en pequeñas partículas; esto hace que diferentes gotas pueden tener diferente cantidad de una sustancia en suspensión. También se puede observar que mientras una solución es siempre transparente, una suspensión puede presentar turbidez. Una emulsión es un tipo de coloide intermedio entre solución y suspensión.

Entre las características de las soluciones tenemos

a.- Sus propiedades físicas dependen de su concentración:

b.- Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc.

c.- 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 A° ángstrom, unidad de medida equivalente a una diez millonésima parte del metro .

El hecho de que las disoluciones sean homogéneas quiere decir que sus propiedades son siempre constantes en cualquier punto de la mezcla. Las propiedades de las disoluciones se llaman propiedades coligativas, si dependen de la concentración del soluto. así por ejemplo: Descenso de la presión de vapor. Descenso del punto de congelación. Aumento del punto de ebullición. Presión osmótica. Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico. Entre las propiedades de las soluciones que dependen de la naturaleza del soluto tenemos: color, sabor, conductividad térmica, viscosidad, entre otras. Y entre las propiedades de las soluciones que dependen de la naturaleza del solvente tenemos tensión superficial y el índice de refracción, 

 

Clasificación de las disoluciones:

Sólidas
sólido en sólido	aleaciones como zinc en estaño (latón)
gas en sólido	hidrógeno en paladio
líquido en sólido	mercurio en plata (amalgama)

 

Líquidas
líquido en líquido	alcohol en agua
sólido en líquido	sal en agua (salmuera)
gas en líquido	oxígeno en agua

 

Gaseosas
gas en gas	oxígeno en nitrógeno
sólido en gas	Humo
Líquido en gas	Neblina

 

Cuantificación de una solución

Para determinar la proporción soluto solvente, se tiene dos tipos de magnitudes, cualitativas y cuantitativas. Desde el punto de vista cualitativa encontramos los siguientes tipos de solución:

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 0ºC 100g de agua disuelven 37,5 gm NaCl, es decir, a esta temperatura, una solución que contengan 20gm NaCl en 100g de agua, es no saturada. Se denominan también diluidas, y se les asocia a cantidad de soluto mínima en relación a la cantidad de solvente

 

Saturada: en este tipo de solución 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 37,5g disueltos en 100g de agua 0ºC.

Sobre saturada: representa un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disolución se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas disoluciones 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.

 

Magnitudes cuantitativas para expresar la concentración de una solución

La concentración se puede expresar con magnitudes: físicas, matemáticas y químicas:

MAGNITUDES FÍSICAS:

Porcentaje peso a peso (%pp) Indica la cantidad en gramos de soluto, por cada 100 gramos de solución. La expresión que permite determinar la concentración [ ] %pp   es  

%pp=(masa de soluto en gramos / masa de solución en gramos) * 100

Ejemplo: se preparan 250 gm de solución acuosa, para lo cual se utilizan 60gm de hipoclorito de sodio. ¿Cuál es la concentración pp?

Datos		PROCEDIMIENTOS
gm de soluto	60	%pp= (60/250) * 100
gm de solución	250	Concentración=24%pp

 

Porcentaje masa a volumen (%pv) Indica la cantidad en gramos de soluto, por cada 100 cm³ de solución. La expresión que permite determinar la concentración [ ] %pv  es  

%pv=(masa de soluto en gramos / Volumen de solución en cm³) * 100

Ejemplo: se preparan 375 ml de solución acuosa, para lo cual se utilizan 150gm de glucosa. Cuál es la concentración pv

Datos		PROCEDIMIENTOS
gm de soluto	150	%pp= (150/375) * 100
gm de solución	375	Concentración=40%pv

 

Porcentaje Volumen a volumen (%vv) Indica la cantidad en ml de soluto, por cada 100 ml de solución. La expresión que permite determinar la concentración [ ] %vv  es   

%vv=(volumen del soluto en ml / Volumen de solución en ml) * 100

Ejemplo: se preparan 780 ml de solución acuosa, para lo cual se utilizan 351mm de etanol.  Cuál es la [ ] vv

Datos		PROCEDIMIENTOS
gm de soluto	351	%pp= (351/780) * 100
gm de solución	780	Concentración=45%vv

 

 

MAGNITUDES MATEMATICAS:

Fracción molar. Es una magnitud que expresa el número de moles de una sustancia A, una sustancia B ó una sustancia C, en una mezcla de A+B+C

Fracción Molar  FM(B)=  número de moles de B / moles A+ moles B + moles C

Ejemplo: una solución contiene 5 moles de agua (H₂O), 2 moles de permanganato de potasio (KMnO₄) y 3 moles de etanol (C₂H₆O). Cual es la FM de Permanganato en esta solución.  FM (KMnO₄) = 2 /10 =0,2

 

MAGNITUDES QUÍMICAS:

Desde el punto de vista químico, la concentración se expresa en: molaridad, molalidad y normalidad.

Molaridad (M). indica el número de moles de soluto (n) por cada litro de solución. La expresión matemática de la molaridad es: número de moles de soluto dividido entre los litros de solución

M=n /l

Molalidad (m). indica el número de moles de soluto (n) por cada kilogramo de solución.  La expresión matemática de la molalidad es: número de moles de soluto dividido entre kilogramos de solvente

M=n /kg solvente

Normalidad (N). indica el número de equivalente gramos de soluto (#eq-g) por cada litro de solución.  La expresión matemática de la normalidad es: número de Equivalente gramo de soluto dividido entre litros de solución

N= #eq-g / l

 

 

 

Otras Magnitudes para expresar la concentración: a pesar de no ser aceptadas por el SI, cuando la cantidad de soluto es mínima (soluciones muy diluidas), la concentración se suele expresar en ppm y en ppb.

PARTES POR MILLÓN (ppm).  Es una unidad de medida de concentración que se refiere a la cantidad de unidades de una sustancia (soluto) por cada millón de unidades del conjunto. Por ejemplo, si en un bulto de arroz por cada millón de granos pintamos uno (1) de un color vistoso, diremos que la cantidad de granos de arroz pintado es 1ppm.  También significa partes por millón, es decir, los mg (miligramos) que hay en un kg de disolución, teniendo en cuenta que la densidad del agua es 1, entonces 1 kg de solución tiene un volumen de aproximadamente 1 litro, por lo tanto; ppm es también los mg de soluto, presentes en un litro de disolución. Y en el mismo razonamiento, ppm será: gramos de una sustancia, contenidas en cada metro cúbico de solución.

Ejemplo: en 10000 ml de solución, se hallan disueltos 0,5 gramos de KCN (cianuro de potasio) cual es la concentración de esta sustancia en ppm

Nota: si las unidades del numerador y del denominador son las mismas, entonces el resultado se multiplica por 1000.000 (10⁶)

se han detectado 12 mg de sustancia radioactiva en un depósito de 3 m3 de agua. Calcular la concentración

en un control sanitario se detectan 5 mg de mercurio (Hg) en un pescado de 1,5 kg.

PARTES POR BILLON: Indica la cantidad de una soluto en microgramos (µg) por cada litro de solución, o en cada Kg ó en cada m³ de solución, se trata de concentraciones muy pequeñas, lo que generalmente se denominas trazas, 1ppm = 1000 ppb. Cuando las unidades de las sustancias comprometidas están en la misma unidad, se multiplica el resultado por 10⁹ es decir 1000000000.

Por ejemplo, Por debajo de los 80 Km de altura, estudios científicos han detectado que, por cada 50.000 litros de aire atmosférico, 0,004 litros son de Xenón. ¿cuan es la presencia de este gas raro en ppb?

 

Calculo de concentración de disoluciones

Esta expresión se utiliza para determinar la concentración o el volumen de una muestra, a partir de volumen y concentración de la solución de referencia.

1.-Cuantos litros de solución 0.25M se puede preparar a partir de medio litro de solución 5M

2.-De un frasco con 2litros de solución 4M, se toma una muestra de 25ml se completa hasta obtener 2 litros, nuevamente se toman 25 ml y se pasa a otro frasco y nuevamente se completa 2 litros. ¿Cuál es la [] de esta última solución?  

Ejercicios para realizar en el cuaderno. Fecha límite para presentar en el cuaderno viernes 28 de abril.

01.- Se disuelve 395 gramos de permanganato de potasio en 3105 gm de agua. ¿Cuál es la [ ] pp?

02.- Cuantos mililitros de solución al 4,0%pv, es posible preparar con 425gm de amoniaco?

03.- En 1.4 litros de solución de etanol al 4,0%vv. Cuál es el volumen de alcohol diluido?

04.- En 35°C, 100 gramos de agua se disuelven 50.5 gm de Nitrato de potasio KNO3. Cuál es la M? 

05.- Determinar la concentración molal (m), en el ejercicio número 2

06.- A 18°C 100 ml de agua, se adiciona 98 gm de ácido sulfúrico. ¿Cuál es la [ ] pp?

07.- Cuantos mililitros de solución al 4,0%pv, es posible preparar con 425gm de amoniaco?

08.- En 1.4 litros de solución de etanol al 4,0%vv. Cuál es el volumen de alcohol diluido?

09.- En 35°C, 100 gramos de agua se disuelven 50.5 gm de Nitrato de potasio KNO₃. Cuál es la M? 

10.- Determinar la concentración molal (m), en el ejercicio número 2

11.- A 18°C 100 ml de agua, se adiciona 98 gm de ácido sulfúrico H2SO4 . Cual será su [ ] N?

12.- Determinar la fracción molar del permanganato de potasio en el ejercicio número 1

A 75°C se disuelven 0,25 moles de KClO3 (Clorato de potasio). en 100 gm de agua. De acuerdo a la información determinar:

13.- La concentración masa - masa (pp) de esta sal

14.- Cuantitativamente, a que tipo de solución corresponde

15.- Determinar la concentración Normal 

16.- Determinar la Molaridad del CaCl2 a 5°C

17.- Determine la [ ] molal del NaNO3 a 10°C

18.- Se disuelve 60 gramos de dicromato de potasio (K2Cr2O7)  en 200 gm (200 ml) de agua, a 50°C. En relación a la grafica determinar el tipo de solución desde la magnitud cualitativa. Determine [ ]pp, la M, la m y la N (considere que se sintetizan 200 ml de solución)

19.- con base en la información del grafico identificar la Normalidad de las muestras 1 y 4. Rotular las muestras con: diluida, sobresaturada, saturada y concentrada. La relación de concentración entre la muestra final y la inicial es: 

a.- la octava parte   

b.- la dieciseisava parte 

c.- la treintaidosava parte.  

d- la sesentaicuatroava parte

 20.- La aspersión de cultivos ilícitos con glifosato, debe tener en cuenta que en las fuentes hídricas destinadas al consumo humano,  no supere las 300 ppb. Durante una fumigación aérea, se deja caer 400 ml de Glifosato, al una quebrada con un caudal de 800.000 litros. ¿Es seguro en consumo de esa agua? 

Para subir a Class Room: Realice un mapa conceptual sobre el tema de las soluciones, debe incluir las magnitudes de la concentración. (fecha límite para presentar class room sábado 15 de abril)

Para realizar en el cuaderno: 

A medida que se explique los temas, realizar todos los ejercicios y presentar en el cuaderno durante la valoración de apuntes.

Realice actividades de retroalimentación de los contenidos como: jeroglíficos, mapa conceptual, poesía, rap, trovas, dramatizado, juego organizado...algunas actividades pueden realizarse en grupo, informar previamente en caso de realizar actividades de teatro, música o presentación artística. Esto puede presentarse hasta el final de la unidad didáctica.

El enlace y código de evaluación se envía al final de la unidad didáctica