EJERCICIOS DE SOLUCIONES - UNCA

1 Universidad Nacional de Catamarca Facultad de Ciencias Agrarias IINNTTRROODDUUCCCCII NN TTEE RRIICCAA Docentes a cargo: Ing. SALAS, M nica Lic. MOHADED, Carolina Docente colaborador: Lic. ROMERO, C sar SOLUCIONES en Qu mica y sus aplicaciones Pr cticas 2 Universidad Nacional de Catamarca Secretar a de Ciencia y Tecnolog a Editorial Cient fica Universitaria ISBN: 978-987-661-201-2 Marzo de 2015 INTRODUCCI N Si observamos atentamente a nuestro alrededor y mas all , notaremos que la mayor a de los materiales que constituyen parte de la naturaleza como as tambi n de objetos tecnol gicos no se corresponden con sustancias puras, sino mas bien con una eximia diversidad de mezclas que exhiben las m s variadas propiedades, tanto f sicas como qu micas. La mayor a de las reacciones qu micas que suceden en la naturaleza o las realizadas en la industria qu mica se llevan a cabo en disoluciones, tambi n numerosos productos comerciales que se venden son SOLUCIONES , por ejemplo: las bebidas gaseosas, los enjuagues bucales, los jarabes para la tos, los fertilizantes y otros agroqu micos, el agua de riego, etc.

2 Es por esto que las SOLUCIONES son muy importantes dentro del estudio de la qu mica. Una ssoolluuccii nn oo ddiissoolluuccii nn (del lat n disolutio) se define como una mezcla f sicamente homog nea de dos o m s sustancias. Definimos como ssoollvveennttee oo ffaassee ddiissppeerrssaannttee al componente que posee el mismo estado de agregaci n que la soluci n a la vez que ssoolluuttoo oo ffaassee ddiissppeerrssaa al resto de los componentes. En el caso de que todos los componentes tengan id ntico estado de agregaci n el soluto ser aquella sustancia que se presenta en menor proporci n y solvente la que se encuentra en mayor cantidad. Entre ambos componentes de una soluci n se establece un equilibrio: Disolver Soluto + Solvente Soluci n Cristalizar La proporci n entre estos dos componentes de una soluci n var a dentro de ciertos l mites dependiendo del tipo de interacci n que se produzca entre ellos tal como se muestra en el siguiente cuadro: Estado de Agregaci n del Soluto Estado de Agregaci n del Solvente Interacci n entre Soluto y Solvente regida por: S lido S lido Leyes de las disoluciones s lidas S lido L quido Leyes de la solubilidad SOLUCIONES en Qu mica y sus aplicaciones Pr cticas 3 Universidad Nacional de Catamarca Secretar a de Ciencia y Tecnolog a Editorial Cient fica Universitaria ISBN.

3 978-987-661-201-2 S lido Gases Movimientos brownianos y leyes de los coloides L quido L quido Tensi n interfacial Gases L quido Ley de Henry Cuadro N 1: Leyes y propiedades que gobiernan las interacciones entre soluto y solvente seg n el estado de agregaci n de estos ltimos. Decimos que las SOLUCIONES son un tipo de mezcla homog nea debido a que el tama o de las part culas del soluto disueltas en la fase dispersante son muy peque as (menores a 1x 10-3 m) y no son visibles al ultramicroscopio, lo cual diferencia a las SOLUCIONES verdaderas de las dispersiones. Distintos tipos de soluto se pueden disolver m s o menos f cilmente en una dado solvente. Por ejemplo el NaCl (sal de mesa) puede disolverse f cilmente en agua. El NaCl es el soluto y el agua es el solvente. Las propiedades de la disoluci n que se forma al disolver un soluto cualquiera en un l quido, son distintas a las del disolvente puro. Figura N 1: Esquema de la disoluci n de un cristal i nico en agua Solubilidad y miscibilidad Usualmente describimos a las SOLUCIONES en t rminos de la capacidad que una sustancia tiene de disolverse en otra: el soluto se disuelve en el solvente.

4 No obstante, en algunos casos una sustancia es soluble en la otra en todas las proporciones y cuando esto es as , decimos que ambos componentes son mmiisscciibblleess entre s (por ejemplo cuando se mezclan SOLUCIONES en Qu mica y sus aplicaciones Pr cticas 4 Universidad Nacional de Catamarca Secretar a de Ciencia y Tecnolog a Editorial Cient fica Universitaria ISBN: 978-987-661-201-2 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 iinnmmiisscciibblleess (por ejemplo agua y aceite). En la mayor a de los l quidos existe un l mite para la cantidad de uno que se disuelve en el otro, stos son parcialmente miscibles. Con la excepci n de aquellas sustancias que son miscibles entre s , en la mayor a de los casos, cuando uno desea realizar una mezcla entre soluto y solvente se debe tener en cuenta hasta qu proporciones se pueden mezclar uno con otro componente.

5 En este caso, hablamos de ssoolluubbiilliiddaadd que se define como la m xima 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 soluci n 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 soluci n est saturada. En este caso se produce un equilibrio entre el soluto disuelto y el soluto no disuelto en la soluci n: Soluto (disuelto) Soluto (no disuelto) Figura N 2: Establecimiento del equilibrio entre el soluto y el solvente Teniendo en cuenta la Figura N 2, se pueden distinguir diferentes etapas en el proceso de formaci n de una soluci n saturada: (a) Al principio, cuando el soluto se coloca en el disolvente s lo tiene lugar la disoluci n.

6 (b) La velocidad de cristalizaci n llega a ser significativa. (c) La disoluci n est saturada cuando se igualan las velocidades de disoluci n y cristalizaci n. Si una soluci n tiene una cantidad de soluto por debajo de los niveles de solubilidad se dice que la soluci n es no saturada. En este caso la soluci n puede ser diluida (cuando posee una muy baja cantidad de soluto) concentrada (cuando posee una cantidad considerable de soluto sin llegar al punto de saturaci n de la misma). SOLUCIONES en Qu mica y sus aplicaciones Pr cticas 5 Universidad Nacional de Catamarca Secretar a de Ciencia y Tecnolog a Editorial Cient fica Universitaria ISBN: 978-987-661-201-2 En ciertos casos se puede preparar una sobresaturada en cuyo caso, la soluci n contiene mayor cantidad de soluto disuelto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y presi n dadas. Para obtener una soluci n de este tipo se puede calentar una soluci n saturada y enfriarla lentamente sin perturbar el sistema.

7 No obstante, la estabilidad de este tipo de SOLUCIONES es limitada, de manera que cualquier perturbaci n (como el agregado de una m nima cantidad de soluto, una agitaci n de la soluci n un golpe en el contenedor de la misma) puede hacer que el exceso de soluto precipite inmediatamente. Solubilidad y temperatura Uno de los factores m s importantes a tener en cuenta a la hora de evaluar la solubilidad es la temperatura, ya que esta afecta a la solubilidad de la mayor a de las sustancias. En el caso de los solutos s lidos, 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 m s f cil de predecir que en el caso cuando el soluto es s lido.

8 As , la solubilidad de los gases en agua decae con el incremento de la temperatura. Propiedades Coligativas Respecto de las propiedades de una soluci n, podemos decir que estas son constantes en cualquier punto de la misma. Algunas de estas propiedades son funci n de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad el ctrica, etc.), mientras que otras dependen del disolvente si bien pueden ser modificadas por el soluto (tensi n superficial, ndice de refracci n, viscosidad, etc.). Sin embargo, hay otras propiedades m s universales que s lo dependen de la proporci n entre soluto y solvente, y no de la naturaleza de sus mol culas. Estas son las llamadas propiedades coligativas las cuales no guardan ninguna relaci n con el tama o de las part culas ni con cualquier otra propiedad de los solutos sino que son funci n exclusiva del n mero de part culas y son SOLUCIONES en Qu mica y sus aplicaciones Pr cticas 6 Universidad Nacional de Catamarca Secretar a de Ciencia y Tecnolog a Editorial Cient fica Universitaria ISBN: 978-987-661-201-2 Leyde Raoult:PvSte= XStex P vStePvSte= Presi n de vapor del solvente en la soluci n P vSte= Presi n de vapor del solvente puroXSte= Fracci n molar del solvente en la soluci npor ende resultado del mismo fen meno: el efecto de las part culas de soluto sobre la presi n de vapor del disolvente.

9 Cuadro N 2: Propiedades coligativas de las SOLUCIONES verdaderas descenso de la presi n de vapor del disolvente DDeesscceennssoo ddee llaa pprreessii nn ddee vvaappoorr ((PPvv)):: La Pv de una soluci n de un electrolito no vol til (mol culas iones) es siempre menor que la presi n de vapor del solvente puro. Esto puede explicarse desde la relaci n existente entre las proporciones de mol culas que abandonan el l quido (vaporizaci n) y las que retornan al mismo (condensaci n). Un l quido contenido en un recipiente cerrado y que se encuentre en estado de equilibrio tendr igual cantidad de part culas que se vaporizan y que condensan, pero si agregamos un poco de soluto, el n mero de mol culas de solvente en la superficie de la mezcla disminuye y por lo tanto menor cantidad de ellas pueden vaporizarse por unidad de tiempo. Con el fin de restablecer el equilibrio algunas de las mol culas del gas tratar n de reingresar al l quido, pero esto solo puede ser posible si la Pv disminuye.

10 As , desde el punto de vista cuantitativo podemos decir que la Pv del solvente es igual a la fracci n molar del solvente en la soluci n multiplicado por la Pv del solvente puro. Esta relaci n se conoce con el nombre de Ley de Raoult: en donde SOLUCIONES en Qu mica y sus aplicaciones Pr cticas 7 Universidad Nacional de Catamarca Secretar a de Ciencia y Tecnolog a Editorial Cient fica Universitaria ISBN: 978-987-661-201-2 Ascensoebullosc pico: Teb= Kebxm Teb= Cambio en la temperatura de ebullci nrespecto del solvente Constante molaldel cambio en el punto de ebullici Molalidadde la soluci que la XSte en la soluci n es siempre menor que 1, la Pv Ste en la soluci n es menor que la Pv Ste puro. Las SOLUCIONES que cumplen con la Ley de Raoult se denominan SOLUCIONES ideales y en la pr ctica presentan un comportamiento ideal las SOLUCIONES diluidas. AAsscceennssoo eebbuulllloosscc ppiiccoo:: Como vimos anteriormente el agregado de un soluto no vol til a un dado solvente disminuye la presi n de vapor de la soluci n respecto del solvente puro.