"Soluciones"

Las sustancias presentes en sistemas simples se denominan:

Soluto : Componente (s) que se encuentra (n) , comparativamente, en menor proporción y

Solvente : Componente que se encuentra, comparativamente en mayor proporción.

Sin embargo, cuando una sustancia originalmente sólida es disuelta en líquido es el soluto y el líquido es el solvente.

Similarmente, cuando una sustancia originalmente gas es disuelta en líquido es el soluto y el líquido es el solvente.


Sistemas de Solubilidad infinita

El soluto y el solvente se mezclan en proporciones variables, algunas veces sin limitaciones. Los gases se mezclan entre sí sin limitaciones, los líquidos de igual polaridad o apolaridad también se mezclan sin limitaciones. Son situaciones de solubilidad infinita. El concepto de solubilidad ya ha sido presentado con anterioridad.

Sistemas Saturados

Las limitaciones aparecen con mucha claridad cuando se mezclan sustancia originalmente sólida o bién originalmente gas con líquidos. Estas situaciones límites se analizan fundamentalmente usando el concepto de solubilidad y que ahora parece oportuno volver a recordar.

La solubilidad es la mayor cantidad de soluto, que en forma estable, puede disolverse (mezclarse) en una determinada cantidad de solvente bajo condiciones determinadas de Presión y Temperatura.

Un sistema tiene la cantidad de soluto disuelta correspondiente a la solubilidad cuando no se puede disolver en mayor cantidad aún cuando haya la sustancia en su forma original en contacto con el solvente. En estas condiciones la solución está saturada, y además hay un equilibrio entre la Sustancia original y la Sustancia disuelta. Para que una solución se considere saturada basta que la cantidad de soluto disuelto corresponda a la solubilidad haya o no tal equilibrio..

Sistemas Sobresaturados.

En algunas situaciones la cantidad de soluto disuelta es mayor que la que corresponde a la solubilidad ?, pero es una situación inestable y se conoce como sobresaturación. Se obtienen llevando al sistema a la situación de saturación a alta temperatura y se baja bruscamente la temperatura. Mientras el sistema no se estabilice se encuentra en situación de sobresaturación. El sistema vuelve a la normalidad cuando se den las condiciones cinéticas para que el soluto en exceso precipite como sólido o bién sea liberado como gas.

Sistemas Diluídos.

Son aquellos en que la cantidad de soluto disuelto es menor que la que corresponde por la Solubilidad. Son los casos más numerosos y en torno de ellos se desarrolla el tema de Soluciones y sus propiedades.


LA CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES
La forma usada para caracterizar una solución, luego de especificar el soluto y el solvente, es establecer la relación entre las cantidades de ellos. Esta relación es la Concentración, que implica un cuociente entre una cantidad de soluto y una cantidad de solución, o bien de solvente. Nuevamente por ser la concentración un cuociente entre magnitudes Extensivas es una magnitud Intensiva. Se comprende el caracter intensivo de la concentración, es decir el de una magnitud propia de la solución e independiente de la cantidad de la solución, si pensamos en una bebida de fantasía que tiene siempre las mismas características (color, sabor, concentración), no importando si se adquiere en tamaño individual, mediano o familiar. De lo dicho se infiere que la concentración las soluciones es un concepto de vastísima aplicación ligado al estudio de múltiples sistemas y procesos productivos.

CONVERSIÓN DE UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

Una forma de conocer la comprensión y el dominio del tema de soluciones por parte de los alumnos, es plantearles una situación problemática que implique la conversión de las unidades de concentración. Se señala la concentración con una determinada modalidad y algunos otros datos y se pide la concentración en otra modalidad. La mayor dificultad por parte de los alumnos es comprender que para usar y aplicar las ecuaciones enmarcadas, ya entregadas, deben tener una solución, es decir un sistema con todas sus magnitudes extensivas definidas aúnque en un comienzo desconocidas. La información de propiedades Intensivas como la Concentración y la Densidad de la solución es fundamental para el cálculo pero las ecuaciones no operan sólo con ellas. Es preciso darse una base de cálculo que defina el tamaño de un sistema para comenzar a establecer las relaciones que sean de interés. La base de cálculo puede ser cualquiera, pero en este curso se recomienda darse un tamaño de solución dictado por el denominador de la la ecuación de definición de tal forma que el valor numérico (A) de la concentración dada sea igual al valor numérico (A) de la cantidad de soluto en la solución base de cálculo.

Esto es:

Dato inicial Concentración Ecuación de definición Base de calculo Cantidad de soluto

A % p/p % p/p = (MASAsoluto(g) / MASAsolución(g))*100 100g.solución A g.de soluto

A M M = n soluto / V (L) solución 1(L) solución A moles soluto

A m m = n soluto / MASA solvente(Kg) 1Kg. solvente A moles soluto

X soluto = A X soluto = n soluto/(nsoluto + nsolvente) (nsoluto + n solvente) =1 A moles soluto.


PROPIEDADES DE SOLUCIONES

EL ESTADO LIQUIDO

Previo a adentrarse en el tema anunciado es necesario referirse a ciertas propiedades de los sistemas en estado líquido.

Los líquidos se obtienen ya sea por fusión de los sólidos o condensación de los gases, en relación a estos fenómenos veamos unos gráficos...


El primer gráfico muestra una curva de calentamiento de una sustancia pura. Cuando existe una sola fase, la entrega de calor significa incremento de la temperatura de la muestra. Cuando hay dos fases, la energía recibida se ocupa para la transición y la temperatura de mantiene constante. Esta es la temperatura de fusión de la sustancia pura. En teoría, la curva de enfriamiento debe ser la misma. Así se observa para moléculas pequeñas pero raramente coinciden en moléculas de gran tamaño debido a la lentitud en la cinética de la cristalización.
El segundo gráfico muestra el diagrama de fases típico para la transición líquido-gas. Se muestran las isotermas en el diagrama PV y las zonas donde existen las diferentes fases. Se destacan la Tc, Pc y el Vc del punto crítico. La Tc, temperatura crítica es la mayor temperatura a la que una sustancia puede existir en estado líquido. Para el agua la Tc = 374 °C y la Pc = 218 atm.


PROPIEDADES COLIGATIVAS DE SOLUCIONES.

Las propiedades de soluciones que veremos a continuación reciben el nombre de coligativas dado que sus magnitudes dependen de la concentración del soluto, o mejor, del número de partículas o moléculas del soluto en la solución y no de la naturaleza o tipo de soluto.


PRESIÓN OSMOTICA

Un fenómeno de flujo sólo de solvente y nada de soluto a través de membranas semipermeables para disminuir gradientes de concentración es de importancia a nivel celular en organismos biológicos por los efectos de presión que se generan y que afectan las estructuras.

Al comienzo del curso nos referimos al fenómeno de difusión de un soluto para alcanzar la homogeneidad de la solución. ¿Porqué ocurre la difusión? Una respuesta simple puede ser que los sistemas tienden espontáneamente a disminuir o eliminar las diferencias o gradientes de concentración. ¿ Cómo se eliminan los gradientes ? Una primera y familiar respuesta es por la migración del soluto hacia zonas de baja concentración, pero otras veces si el soluto no puede migrar y si puede hacerlo el solvente es éste el que lo hace y en sentido contrario a como la haría el soluto, como ocurre en el caso que exista una membrana semipermeable.
Tales flujos de solvente van acompañados por variaciones positivas o negativas de presión como se señala en el gráfico. La variación de presión se conoce como presión osmótica y se calcula con la expresión que también se indica en el gráfico y que recuerda la ecuación de estado de los gases ideales.