Quimica II - Soluciones y Sistemas Coloidales
SOLUCIONES
Todo sistema homogéneo que pueda fraccionarse recibe el nombre de "Solución".
Habitualmente se estudian soluciones liquidas, pero una solución puede también ser sólida o gaseosa.
SOLUCIONES SOLIDAS. - Si dos metales como el Niquel y el Cobre, se funden y se mezclan, dejando enfriar el sistema hasta la solidificación, el producto resultante es una aleación de Cu-Ni. Si esta aleación se observa al microscopio, o se estudian las propiedades intensivas en distintos puntos, deberá clasificarse como sistema homogéneo. Es decir entonces que algunas aleaciones son casos de soluciones solidas.
SOLUCIONES GASEOSAS. - La mezcla de gases diferentes en un mismo sistema, constituye habitualmente una solución gaseosa. El aire que respiramos es un sistema de este tipo. El Oxigeno y el Nitrógeno existen en el aire como componentes principales, acompañados de pequeñas cantidades de Dióxido de Carbono, vapor de agua y gases raros. Si el aire se licúa por sucesivas compresiones y enfriamientos y luego calentándolo al realizar una destilación del mismo y separar el nitrógeno y el oxigeno, vemos su composición.
SOLUCIONES LIQUIDAS. - Las soluciones liquidas constituyen el caso mas común. En esta entrada me limitaré al caso de las soluciones binarias (dos componente).
En general se dice que las soluciones binarias están constituidas por un Soluto y un Disolvente.
Se considera "Disolvente" a la sustancia liquida que entra en la constitución del sistema, aun cuando no sea la que se encuentra en mayor proporción.
Se considera "Soluto" a la sustancia que entra en constitución del sistema, pudiendo ser su estado anterior solido, liquido o gaseoso.
El disolvente es el medio continuo dispersante del soluto.
O dicho de otro modo;
En una solución de una sustancia en otra, la sustancia disuelta se llama Soluto. La sustancia en la cual se disuelve se llama Disolvente. Cuando la cantidad relativa de una sustancia en una solución es mucho mas grande que la otra, la sustancia presente en mayor cantidad se considera generalmente como el disolvente.
SOLUCIONES SATURADAS
Si en un recipiente con agua agregamos azúcar y revolvemos, el azúcar se disolverá en el agua (soluto = azúcar , disolvente = agua), si continuamos agregando azúcar y revolviendo hasta disolución completa, veremos que en un determinado momento el azúcar dejara de disolverse en el agua. Ahora este sistema se denomina "Solución Saturada", es decir que el agua disuelve hasta cierta cantidad de azúcar y la que no puede disolverse queda en el fondo del recipiente en el mismo estado de conservación inicial.
Si a una solución saturada se la calienta, el disolvente podrá disolver mas cantidad de soluto, ya que por la cinética molecular que vimos anteriormente las moléculas se separan y podrán albergar mas moléculas del soluto.
Podemos definir Solución Saturada, como la solución que está, o puede estar, en equilibrio estable y dinámico con el soluto en exceso.
La solubilidad de un soluto en un disolvente a una determinada temperatura, es la concentración de la solución saturada a esa temperatura.
VARIACION DE LA SOLUBILIDAD
La solubilidad de un soluto depende de la naturaleza de ambas sustancias.
A- SOLUBILIDAD DE SOLIDOS EN LIQUIDOS.
La solubilidad de un solido en un liquido varía para cada par soluto-disolvente en función de la temperatura. Hay solutos como el Sulfato de Sodio decahidratado, cuya solubilidad aumenta con la temperatura. Esto quiere decir que la cantidad de soluto que satura 100 centímetros cúbicos de agua a 25°C es menor que la cantidad de soluto que satura 100 centímetros cúbicos de agua a 50°C. O sea a mayor temperatura, mayor solubilidad.
B- SOLUBILIDAD DE GASES EN LIQUIDOS.
Hay dos factores que influyen en la variación de la solubilidad.
En primer lugar consideraremos la temperatura.
El agua tiene la capacidad de disolver el Oxigeno del aire, por lo tanto una muestra de agua, generalmente tiene una porción de oxigeno disuelta.
Cuando una muestra de agua se calienta, se puede observar que contra las paredes del recipiente se forman pequeñas burbujas que se van desprendiendo del sistema. Esto sucede mucho antes de llegar a la temperatura de ebullición. Si estas burbujas se recogieran, podría comprobarse que no son otra cosa que Oxigeno que se separa de la solución acuosa.
Esto quiere decir que la solubilidad del oxigeno en el agua, disminuye al aumentar la temperatura. En general, la solubilidad de los gases en los líquidos, es menor cuanto mayor es la temperatura.
El otro factor que influye en la variación de la solubilidad de gases en líquidos es la presión exterior.
Como ejemplo, las bebidas gaseosas sin alcohol, se envasan inyectando dióxido de carbono a presión superior a la atmosférica dentro de la botella.
Si una botella cerrada de cualquiera de estas bebidas se deja en reposo, no se observan en el seno del liquido burbujas del gas. Pero al destapar la botella, el interior de la misma se pone en contacto con la atmosfera y la presión disminuye instantáneamente. En ese momento se observa un desprendimiento de burbujas de gas. La solubilidad del gas en el liquido disminuye cuando disminuye la presión.
En general, la solubilidad de un gas en un liquido es mayor cuanto mayor es la presión que se ejerce sobre el sistema.
La forma en que varía la solubilidad de gases en líquidos es estudiada por la "Ley de Henry" (William Henry Perkin (1838 - 1907)), que dice que la solubilidad de un gas en un liquido es proporcional a su presión parcial.
S = k . p
donde, S = solubilidad del gas en el liquido.
p = presión parcial del gas.
k = constante de proporcionalidad.
EXPLICACION CINETICA DE LA DISOLUCION
Cuando un solido es puesto en presencia de un liquido, es posible que se produzca el fenómeno de disolución.
Desde el punto de vista de la teoría cinética, la disolución es posible cuando la atracción que existe entre las moléculas que constituyen el solido, es comparable a la atracción que se produce entre las moléculas del disolvente y las del solido.
En estas condiciones las moléculas del solido son arrastradas hasta el disolvente.
Dispersas en el disolvente, las moléculas que constituían el solido tienen liberad de movimiento y puede decirse que ocupan uniformemente el volumen de la solución.
Cuando se llega a obtener una solución saturada, el numero de moléculas que escapan de la superficie del solido hacia la solución, es igual al numero de moléculas que chocan sobre la superficie del solido y se incorporan a él.
EXPRESION DE LAS CONCENTRACIONES DE UNA SOLUCION
Concentraciones expresadas en unidades físicas
Cuando se emplean unidades físicas, las concentraciones de las soluciones se suelen emplear en algunas de las siguientes formas:
1- Masa de Soluto por unidad de volumen de solución (por ejemplo, 20 g de KCl por cada litro de solución).
2- Composición porcentual o el numero de unidades de masa de soluto por cada 100 unidades de masa de la solución.
Concentraciones expresadas en unidades quimicas
- Concentración Molar (M): es el numero de moles de soluto contenidos en un litro de solución.
- Normalidad (N): es el numero de equivalentes gramo de soluto contenidos en un litro de solución. El peso equivalente es la fracción del peso molecular que corresponde a una unidad definida de reacción química, y un equivalente gramo es esa misma fracción de un mol.
- Molalidad (m): es el numero de moles del soluto por kilogramo de disolvente contenido en la solución. La molalidad no puede calcularse a partir de la concentración molar (M) a menos que se conozca la densidad de la solución.
- Fracción Molar (x): es el numero de moles de ese componente, dividido por el numero total de moles (n) de todos los componentes en la solución. La suma de las fracciones molares de todos los componentes en una solución es 1.
SISTEMAS COLOIDALES
A simple vista este sistema parece una solución homogénea, pero la mirar una porción de ésta al microscopio vemos pequeñas partículas no disueltas.
Propiedades
A.- FENOMENO DE TYNDALL. click aquí Es el fenómeno luminoso utilizado para diferenciar el sistema coloidal de una solución homogénea. John Tyndall (1820 - 1893)
B.- MOVIMIENTO BROWNIANO. click aquí las micelas coloidales se encuentran en constante movimiento. Este movimiento no es otra cosa que la transmisión a las micelas del movimiento que anima a las moléculas del medio dispersante. Robert Brown (1773 - 1858)
C.- ELECTROFORESIS. Arne Wilhelm Tiselius (1902 - 1971) Si se coloca un sistema coloidal en un tubo en "u" cubierto con un disolvente puro y se hace circular una corriente eléctrica, se puede observar que los niveles se desplazan en un mismo sentido. Esto indica que:
a) las micelas coloidales están cargadas eléctricamente, ya que migran en un campo eléctrico.
b) que todas las micelas de un mismo sistema coloidal tienen la misma clase de carga eléctrica, ya que todas migran en el mismo sentido.
a) las micelas coloidales están cargadas eléctricamente, ya que migran en un campo eléctrico.
b) que todas las micelas de un mismo sistema coloidal tienen la misma clase de carga eléctrica, ya que todas migran en el mismo sentido.
Si la migración se produce hacia el polo negativo, recibe el nombre de "Cataforesis"; y si se produce hacia el polo positivo, recibe el nombre de "Anaforesis".
Existen coloides que pueden variar la carga de su micela de positiva a negativa. Son los casos que presentan los sistemas coloidales en los cuales las micelas son proteínas o sus productos de degradación. Dado que la carga de la micela puede ir variando, existe un punto en el cual la micela no migra en un campo eléctrico (no presenta electroforesis). Y por lo tanto se dice que el coloide se encuentra en su punto "Isoeléctrico".
D.- DIALISIS. Los elementos coloidales no dializan. Es decir, que las micelas coloidales no pueden atravesar las membranas permeables. A traves de estas membranas pueden pasar moleculas de disolvente y también sustancias que estén formando soluciones homogeneas. Habitualmente se utilizan pergaminos o tripas de cerdo para preparar estas membranas semi permeables.
El fenomeno de la diálisis se utiliza habitualmente para purificar coloides. Se coloca dentro del dializador el coloide que se encuentra mezclado con un soluto cualquiera. Se sumerge el dializador dentro del disolvente puro; el soluto pasa a través de membranas de dialisis, hasta que la concentracion de la solución es igual a ambos lados de la membrana semi permeable.
Repitiendo esta operación varias veces, se consigue tener dentro del dializador un coloide prácticamente libre de solutos verdaderos que lo impurificaban.
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Espero que haya resuelto las dudas de este tema tan contemporáneo y hayan disfrutado la lectura.
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