Soluciones | margaritalezama

SOLUCIONES

Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias diferentes, ya sean elementos o compuestos, en cantidades variables y que no reaccionan químicamente, es decir mantienen su identidad.

En las mezclas homogéneas la composición de la mezcla es la misma en toda sus partes, mezclándose uniformemente todos los componentes, lo cual forma una sola fase; en cambio, en las mezclas heterogéneas, los componentes permanecen físicamente separados y se pueden ver como tales, formando varias fases.

Una solución o disolución (del latín disolutio) se define como una mezcla físicamente homogénea de dos o más sustancias.

Las disoluciones se caracterizan por tener las mismas características en todos sus puntos: el aspecto, sabor, color, etc. son siempre los mismos.

Definimos como solvente o fase dispersante al componente que posee el mismo estado de agregación que la solución a la vez que soluto o fase dispersa al resto de los componentes. En el caso que todos los componentes tengan idéntico estado de agregación el soluto será aquella sustancia que se presenta en menor proporción y solvente la que se encuentra en mayor cantidad. Entre ambos componentes de una solución se establece un equilibrio.

Decimos que las soluciones son un tipo de mezcla homogénea debido a que el tamaño de las partículas del soluto disueltas en la fase dispersante son muy pequeñas (menores a 1x 10-3 μm) y no son visibles al ultramicroscopio, lo cual diferencia a las soluciones verdaderas de las dispersiones.

TIPOS DE SOLUCIONES

Aquellas disoluciones donde el disolvente es agua se denominan disoluciones acuosas. Estas son muy importantes, ya que el agua es capaz de disolver un gran número de sustancias de interés biológico y químico.

Características de las soluciones (o disoluciones):

Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.
Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.
Los componentes de una solución son soluto y solvente .

Soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser sólido, líquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dióxido de carbono se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar se puede utilizar como un soluto disuelto en líquidos (agua).

Solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua.

En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter homogéneo de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por métodos mecánicos.

Solubilidad y miscibilidad

Usualmente describimos a las soluciones en términos de la capacidad que una sustancia tiene de disolverse en otra: el soluto se disuelve en el solvente.

No obstante, en algunos casos una sustancia es soluble en la otra en todas las proporciones y cuando esto es así, decimos que ambos componentes son miscibles entre sí (por ejemplo cuando se mezclan agua y etanol). En este caso no tiene mucho sentido llamar a una soluto y a la otra solvente.

Por el contrario cuando dos sustancias no se mezclan nunca se dice que son inmiscibles (por ejemplo agua y aceite).

En la mayoría de los líquidos existe un límite para la cantidad de uno que se disuelve en el otro, éstos son parcialmente miscibles. Con la excepción de aquellas sustancias que son miscibles entre sí, en la mayoría de los casos, cuando uno desea realizar una mezcla entre soluto y solvente se debe tener en cuenta hasta qué proporciones se pueden mezclar uno con otro componente. En este caso, hablamos de solubilidad que se define como: "la máxima capacidad cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad particular de solvente a una dada temperatura".

Esta magnitud se expresa usualmente en las siguientes unidades: g/L o M (molaridad). Si a una solución se le agrega un exceso de soluto de manera tal que excede los niveles de solubilidad, la cantidad extra de soluto no se disuelve y precipita y en este caso decimos que la solución está saturada. En este caso se produce un equilibrio entre el soluto disuelto y el soluto no disuelto en la solución:

Soluto (disuelto) ⇌ Soluto (no disuelto)

Se pueden distinguir diferentes etapas en el proceso de formación de una solución saturada:

Al principio, cuando el soluto se coloca en el disolvente sólo tiene lugar la disolución.
La velocidad de cristalización llega a ser significativa.
La disolución está saturada cuando se igualan las velocidades de disolución y cristalización.

Si una solución tiene una cantidad de soluto por debajo de los niveles de solubilidad se dice que la solución es no saturada. En este caso la solución puede ser diluida (cuando posee una muy baja cantidad de soluto) o concentrada (cuando posee una cantidad considerable de soluto sin llegar al punto de saturación de la misma).

En ciertos casos se puede preparar una sobresaturada en cuyo caso, la solución contiene mayor cantidad de soluto disuelto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y presión dadas. Para obtener una solución de este tipo se puede calentar una solución saturada y enfriarla lentamente sin perturbar el sistema. No obstante, la estabilidad de este tipo de soluciones es limitada, de manera que cualquier perturbación (como el agregado de una mínima cantidad de soluto, una agitación de la solución ó un golpe en el contenedor de la misma) puede hacer que el exceso de soluto precipite inmediatamente.

Solubilidad y temperatura

Uno de los factores más importantes a tener en cuenta a la hora de evaluar la solubilidad es la temperatura, ya que esta afecta a la solubilidad de la mayoría de las sustancias. En el caso de los solutos sólidos, la temperatura es directamente proporcional a la solubilidad de los mismos. En el caso de algunas sales, estas muestran un incremento en la solubilidad con el incremento de la temperatura pero por arriba de ciertas temperaturas muy elevadas la solubilidad decae.

Si el soluto es un gas, la solubilidad es más fácil de predecir que en el caso cuando el soluto es sólido. Así, la solubilidad de los gases en agua decae con el incremento de la temperatura.

Modo de expresar las concentraciones

Unidades físicas de concentración

Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes:

a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución)

b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de solución)

c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución)

a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.

b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.

c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.

Unidades químicas de concentración

Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son:

a) Fracción molar

b) Molaridad M = (número de moles de soluto) / (1 litro de solución)

c) Molalidad m = (número de moles de soluto) / (1 kilo de solvente)

a) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre los moles de un componente (ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales presentes en la solución.

b) Molaridad (M): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución.

c) Molalidad (m)

Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de disolvente (m)

PROBLEMAS RESUELTOS