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"Temo el día en que la tecnología sobrepase nuestra humanidad" Albert Einstein.

SOLUCIONES QUÍMICAS

Definición:
 
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier caso, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes. 




Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:

1. Su composición química es variable.
2. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
3. Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro : la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.

Clases y ejemplos de mezclas

Según el estado físico de las sustancias que las forman, las mezclas se pueden clasificar en:

A.  Mezclas de sólidos con sólidos: Las mezclas de sólidos precisan la trituración de cada uno de los componentes. Estas mezclas pueden ser:

a)    Mezclas homogéneas. Son las conocidas mezclas de metales como aleaciones. Algunas tienen nombre propio como  bronce (cobre, cinc y estaño), el latón (cobre y cinc), acero inoxidable (hierro y cromo) o las amalgamas (mercurio y cualquier otro metal). Se preparan mezclando los metales en estado fundido y se deja enfriar para que solidifiquen conjuntamente.

b)    Mezclas heterogéneas. Formadas por la unión de partículas sólidas de distinto tamaño, forma y características.

Hay dos grupos:

1)    Disgregadas. Con componentes sueltos y que pueden moverse entre sí. Ejemplo: arenas de playa, granulados como detergentes, etc....

2)    Aglutinadas. Uno o varios componentes actúa como pegamento y la mezcla se convierte en un sólido rígido. Ejemplo: gran cantidad de rocas, hormigón, composites,...
               
B.  Mezclas de líquidos con líquidos: En general los líquidos se clasifican en dos grupos: hidrófilos o polares y lipófilos o apolares. Dos líquidos se mezclan bien si son del mismo grupo y mal si son de distinto grupo como el agua y el aceite.

Hay dos tipos de mezclas:

1)    Disoluciones. Son mezclas de aspecto claro y transparente donde las sustancias se mezclan íntimamente hasta nivel molecular. Se dice que los líquidos son miscibles. Se pueden mezclar en cualquier proporción y siempre resulta una mezcla homogénea.

2)    Emulsiones. Sucede entre dos líquidos inmiscibles. Al agitar vigorosamente uno puede quedar inmerso en otro como micro gotitas. No es una mezcla a nivel molecular por lo que en reposos llegan a separarse. Con la ayuda de sustancias emulsionantes puede prolongarse la estabilidad de la emulsión.

               
C. Mezclas de gases con gases: Los gases tienen las partículas muy desunidas y separadas entre sí por lo que no tienen inconveniente en moverse entre las partículas de otro gas. Dos o más gases siempre se mezclan bien.

Las mezclas de gases se usan mucho en la industria, en los motores de combustión,.... Incluso el aire que respiramos es una mezcla de gases (78 % de Nitrógeno, 21 % de Oxigeno, y 1% restante de otros gases).
               
D. Mezclas de sólidos en líquidos: Hay sólidos que se mezclan perfectamente con un líquido y no con otro.

Hay varios tipos de mezclas:

1)    Disoluciones. Se forman cuando el sólido se disgrega hasta el nivel molecular o iónico. un sólido puede disolverse bien en un líquido y no en otro, por ejemplo el NaCl (Cloruro sódico) se disuelve bien en agua y no en gasolina.

2)    Suspensiones, son mezclas con aspecto turbio, con partículas visibles a simple vista o al microscopio. Se pueden separar por filtración o sedimentación. Ej.: aguas cargadas de barro.

3)    Coloides. Tienen aspecto claro. Las partículas sólo pueden verse al microscopio electrónico. Ejemplo: la clara de huevo.

4)    Geles, estado intermedio entre el sólido y el líquido. Ejemplos: el queso, la gelatina, el ópalo, tinta, pinturas líquidas.

               
E.  Mezclas de gases en líquidos y sólidos: Los gases son materia no agregada, que siempre se puede interponer bien con las partículas de otros cuerpos.

Existen varios tipos de estas mezclas:

1)    Disoluciones. En mayor o menor medida todos los gases son solubles en líquidos. Pensemos en el oxígeno disuelto en el agua que permite la vida de los animales acuáticos, dióxido de carbono en agua, las bebidas carbónicas,

2)    Espumas líquidas. Se producen al mezclar un gas y un líquido si el gas no llega a disolverse completamente. Ejemplo: la nata y las claras de huevo montadas.

3)    Espumas sólidas. Algunas espumas tienen consistencia sólida. Ejemplos: merengue, piedra pómez, poliuretano,...

               
F.  Mezclas de líquidos o sólidos con gases: Las mezclas de líquidos o sólidos con gases se denominan aerosoles. Están formadas por partículas sólidas o líquidas tan pequeñas que pueden permanecer suspendidas en un gas.  Son frecuentes en insecticidas, ambientadores o productos farmacéuticos.

Hay dos tipos:

1)    Aerosoles de líquidos. Por ejemplos: las nubes, las nieblas y la neblina.

2)    Aerosoles de sólidos. Los humos son mezclas de este tipo. Si hacemos pasar el aire con humos por filtros finos de papel, las partículas sólidas quedan retenidas en el filtro.

Solubilidad
La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura.

Factores que afectan la solubilidad:
a) Superficie de contacto: La interacción soluto -solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez (pulverizando el soluto).

b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución

c) Temperatura: Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.

d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional


Concentración de una solución
La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente.



Unidades físicas y químicas para expresar la concentración de una solución.


La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes:

 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.

d) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución.

 Xsto + Xste = 1

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



 
Importancia de la concentración de las soluciones químicas
La concentración de las soluciones es muy importante conocerlo porque gracias a ellas se puede establecer las cantidades de soluto y solvente presentes en una solución, muchos profesionales tienen que medir, necesariamente, una de las siguientes magnitudes físicas: Masa (m), volumen (v) y cantidad de sustancia (n). Por ejemplo:

El ingeniero químico mide la cantidad de azufre en el petróleo, la cual sirve para de referencia para determinar el valor del crudo.

Los químicos y biólogos miden las cantidades de monóxido y dióxido de carbono, dióxido de azufre y otros agentes contaminantes para determinar los niveles de contaminación en el ambiente.

Los laboratoristas que trabajan en la industria farmacéutica miden las cantidades de sustancias necesarias para preparar soluciones nasales, oftálmicas, sedantes, analgésicos, antiespasmódicas, hidratantes; todas estas de concentración determinada y de cuya exacta preparación depende de la vida y la pronta recuperación de cientos de miles de enfermos.

En las industrias de bebidas gaseosas los ingenieros miden las cantidades de edulcolorantes, cafeína, acido fosfórico, entre otros, con el propósito de que estas sean gratas al paladar, refrescantes y comercialmente rentables.

En las industrias siderúrgicas los ingenieros químicos determinan las cantidades de hierro, carbono, manganeso, cromo, níquel y silicio que se tienen que mezclar para preparar los diferentes tipos de acero.

Los bioanalistas que trabajan en laboratorios clínicos practican exámenes a muestras de sangre y orina para determinar los valores de cada una de las sustancias.

En las industrias de los perfumes los químicos miden las cantidades de esencias y de alcohol necesarias para obtener la fragancia deseada

¿Sabías que durante el Imperio Romano la esperanza media de vida apenas alcanzaba los 25 años?, ¿y que a finales del siglo XIX tan sólo se había incrementado hasta los 35? 

La razón es que, pese al transcurso de los años, nadie había encontrado soluciones a los graves problemas que afectaban a la Humanidad. Las epidemias diezmaban y asolaban a una población indefensa, las enfermedades perduraban crónicas por falta de tratamientos adecuados, la falta de asepsia provocaba una altísima mortalidad infantil, la ausencia de higiene y agua potable generaba unas condiciones de vida insalubres, y el hombre vivía rodeado de microbios y gérmenes ante los que poco o nada se podía hacer.

Su aplicación en el desarrollo de la farmacología dio lugar a la progresiva aparición de medicamentos, antibióticos y vacunas que aseguraron niveles de salud desconocidos hasta entonces y consiguieron disminuir drásticamente los índices de mortalidad. Comenzaron a producirse industrialmente sustancias como el cloro, que permitieron potabilizar el agua que antes transmitía la mayor parte de las enfermedades, o las destinadas a combatir gérmenes y otros agentes nocivos, que garantizaron altos niveles de higiene.

En definitiva, frente a los apenas diez años que se había alargado la vida a lo largo de 19 siglos, en tan solo uno de ellos, los hombres pasaron de una esperanza media de vida de 35 años a los 70 que actualmente disfrutan, e incluso a los 80 de las sociedades más avanzadas.

EVALUACIÓN - SOLUCIONES PARTE UNO




EJERCICIOS RESUELTOS - Clic aquí




GUIA DE LABORATORIO Nº 1  ABRIL 11 DE 2013



COLOIDES

Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las suspensiones.
Las partículas en los coloides son más grandes que las moléculas que forman las soluciones.
Para clasificar una sustancia como coloidal, las dimensiones de las partículas del soluto están comprendidas entre 10 y 100 nm (1 nanómetro = 1x10-9 m) mientras que las moléculas en solución están entre 0.1 y 10 nm.

Diferencias entre soluciones, coloides y suspensiones

Solución
Coloide
Suspensión
Tamaño de las partículas:   0.1 nm
Tamaño de las partículas:   l0 y lOO nm
Mayores de 100 nm
Una fase presente
Dos fases presentes
Dos fases presentes
Homogénea
En el límite
Heterogénea
No se separa al reposar
No se separa al reposar 
Se separa al reposar
Transparente
Intermedia
No transparente

Partes de un coloide
Los coloides están compuestos de dos partes:
1. La fase dispersa o partículas dispersas: esta fase corresponde al soluto en las soluciones, y está constituida por moléculas sencillas o moléculas gigantes como el almidón. Pueden actuar como partículas independientes o agruparse para formar estructuras mayores y bien organizadas.
2.  La fase de la dispersión o medio dispersante: es la sustancia en la cual las partículas coloidales están distribuidas. Esta fase corresponde al solvente en las soluciones. La leche es un coloide: la grasa constituye las partículas dispersas y el agua es el medio dispersante.
Tipos de coloides
Según el estado físico en que se encuentren la tase dispersa y el medio dispersante, los coloides toman diferentes nombres:

Clases de Coloides
Medio Dispersante
Sustancia Dispersa
Ejemplo
Soles, geles
líquido
sólido
pintura, gelatina
Emulsiones
líquido
líquido
Leche, mayonesa, cremas.
Espumas
líquido
gas
Espuma de jabón, crema batida.
Aerosoles líquidos
gas
líquido
neblina, nubes
Aerosoles sólidos
gas
sólido
Humo.
Espumas sólidas
sólido
gas
caucho
Emulsiones sólidas
sólido
líquido
queso, mantequilla
Sol sólido
sólido
sólido
Algunas aleaciones.

Los coloides según la afinidad entre la fase dispersa y la dispersante
Los coloides se clasifican según la afinidad al medio dispersante en:
a) Liofóbicos o liófobos: si las partículas dispersas tienen poca afinidad por el medio dispersante. Estos coloides son poco estables y muy difíciles de reconstituir Ejemplo: el aceite suspendido en el agua. Este tipo de coloides corresponden a una dispersión de una fase en otra de distinto tipo químico.
b) Liofílicos: si las partículas tienen fuerte afinidad al medio de suspensión. Estos coloides son fáciles de reconstituir si el sistema coloidal es roto. Ejemplo: el jabón disperso en agua, gelatina en agua, caucho en benceno.

Formación de partículas coloidales
Para la formación de coloides se emplean los siguientes métodos:
1. Dispersión: consiste en reducir de tamaño pedazos grandes de materia el batido y la agitación se emplean para formar emulsiones y espumas como la mayonesa y la nata batida. El almidón, la cola, la gelatina, se disgregan espontáneamente en partículas coloidales cuando se colocan en el agua. Calentando y agitando se acelera el proceso.
2. Condensación: la formación de la niebla y las nubes son los mejores ejemplos de condensación. También, la formación de sustancias insolubles a partir de soluciones, la formación del negro de humo que es la forma coloidal del carbón y se emplea para fabricar la tinta de imprenta y la tinta china.

Importancia de los coloides
1. Todos los tejidos vivos son coloidales.
2. El suelo en parte está constituido de una materia coloidal.
3. Muchos de los alimentos que ingerimos son coloides: el queso, la mantequilla, las sopas claras, las jaleas, la mayonesa, la nata batida, la leche.

En la industria, los cauchos, los plásticos, las pinturas, las lacas y los barnices son coloides. En la fabricación de las cerámicas, los plásticos, los textiles, el papel, las películas fotográficas, las tintas, los cementos, las gomas, los cueros, lubricantes, jabones, insecticidas agrícolas, detergentes y en proceso como blanqueo, purificación y flotación de minerales, dependen de la absorción en la superficie de materia coloidal.

Propiedades:

Movimiento browniano: Se observa en un coloide al ultramicroscopio, y se caracteriza por un movimiento de partículas rápido, caótico y continuo; esto se debe al choque de las partículas dispersas con las del medio.

Efecto de Tyndall: Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de un coloide. Esto no ocurre en otras sustancias.

Adsorción: Los coloides son excelentes adsorbentes debido al tamaño pequeño de las partículas y a la superficie grande.
Ejemplo: el carbón activado tiene gran adsorción, por tanto, se usa en los extractores de olores; esta propiedad se usa también en cromatografía.

Carga eléctrica: Las partículas presentan cargas eléctricas positivas o negativas. Si se trasladan al mismo tiempo hacia el polo positivo se denomina anaforesis; si ocurre el movimiento hacia el polo negativo, cataforesis. Descargar el documento


LABORATORIO Nº 2 COLOIDES


NOTA IMPORTANTE: "Es necesario incorporar al INFORME final, las evidencias del trabajo desarrollado; puede ser en fotografías, un video, etc."





"Para ser exitoso no tienes que hacer cosas extraordinarias; haz cosas ordinarias, extraordinariamente bien."





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