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
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.
Desarrolla las actividades propuestas: (Da clic en los enlaces)
CRUCIGRAMA - SOLUCIONES QUÍMICAS - 2017
- Taller: Cálculo de porcentajes de soluto.
- Ejercicios sobre M, m y X, RESUELTOS Y CON EXPLICACIÓN.
- EVALUACIÓN - SOLUCIONES PARTE UNO
- Documento resumen: Soluciones químicas
- EVALUACIÓN SOLUCIONES: MARZO 15 DE 2013
- EJERCICIOS RESUELTOS - Clic aquí
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
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