Soluciones

SOLUCIONES.

Introducción a las soluciones

Ya hemos hablado ampliamente de las propiedades relacionadas con los tres estados de la materia (sólido, gas y líquido), así como de su equilibrio de fases. Sin embargo, estas explicaciones se aplican en su mayor parte a las sustancias puras, y es muy raro que el ingeniero en la industria trabaje con materiales puros. Generalmente los productos químicos se presentan en mezclas y soluciones. La presencia de un soluto en una solución tiene efectos muy marcados sobre las propiedades de la sustancia en la cual está disuelto y muchas veces estos efectos pueden proporcionar información útil acerca de la manera como una sustancia actúa respecto a otra.

En esta parte de la obra se analizará el proceso de disolución, a fin de explicar los cambios que se producen cuando una sustancia se disuelve en otra, ya que muchos de estos fenómenos tienen aplicaciones útiles, como es la determinación de pesos moleculares. También pueden aplicarse en problemas prácticos, como la refinación del petróleo crudo y la destilación del agua de mar, por citar algunos ejemplos.

Tipos de soluciones

El tipo de solución más común, es el de un soluto disuelto en un líquido y es por ello que este capítulo estará enfocado a este caso. Las soluciones líquidas se pueden preparar disolviendo un sólido en un líquido (por ejemplo, el NaCl en agua), un líquido en otro líquido (por ejemplo, etilenglicol en agua, que es una solución anticongelante) o un gas en un líquido (por ejemplo, cualquier bebida carbonatada contiene dióxido de carbono disuelto, como la mayoría de los refrescos y el agua mineral).

Además de las soluciones líquidas, es posible tener soluciones de gases, tales como la atmósfera que rodea la tierra, que propiamente se habla de mezclas gaseosas, como se estudió en una parte anterior (Capítulo IV), y las soluciones sólidas que se forman cuando una sustancia está disuelta en un sólido, tal es el caso de las aleaciones (mezclas de metales), las cuales son de dos tipos. Soluciones sólidas de sustitución, en los que átomos, moléculas o iones de una sustancia toman el lugar de una partícula de otra sustancia en una red cristalina. El otro tipo lo constituyen las soluciones sólidas intersticiales, que se forman cuando los átomos de un elemento se colocan dentro de un elemento hueco o intersticios que existen entre los átomos de la red base.

Formas de expresar la composición de una solución

Las propiedades físicas de las soluciones están determinadas por las proporciones en las que se encuentren los diversos componentes que constituyen dicha solución.

Debido a que una solución en cierto modo es una mezcla se podrían retomar algunas de las formas comunes de expresar la composición de una mezcla, tal como se describió en el capítulo IV, ahí se explicaron el por ciento mol y el por ciento peso, entre otras expresiones, las cuales serán útiles al expresar la composición de una solución. Debe recordarse que las diversas formas de expresar la composición son relaciones, por ello es muy importante conocer y aprender las unidades asociadas con el numerador y el denominador en las diferentes expresiones, las cuales se detallan a continuación. Mencionaremos algunas de las ya vistas anteriormente y otras nuevas, propias de las soluciones líquidas.

Fracción mol (XA)

Esta unidad o forma de expresar la composición se trató cuando se estudió la ley de Dalton (Capítulo IV). Se define como el número de moles de un componente específico de la solución, dividido entre el número de moles totales de las sustancias presentes en la mezcla.

XA= (nA/nT)

nT= na + nb + nC

Donde

xA = fracción mol de la sustancia A en la solución

nA = número de moles de A en la solución

nT = moles totales en la solución. Suma de las moles de las sustancias presentes en la solución.

Por ciento mol (% mol)

Esta relación es similar a la anterior, solamente que en vez de expresarse como una fracción se expresa en porcentaje, así

%molA= nA/nT X 100

Y así como se plantea una expresión de por ciento mol para el componente A de la solución puede expresarse y calcularse para cualquier otra sustancia en la solución, digamos para el componente B, sería

%molB=nA/nT x 100

Fracción peso (w)

La fracción en peso especifica la fracción del peso total de una mezcla con la que participa un componente determinado, siendo su expresión

WA=mA/mT

Donde

wA = fracción peso del componente A en la solución

mA = masa de A en la solución

mT = suma de la masa de las sustancias en la solución. Masa total de la solución.

Por ciento peso (% peso)

Es una expresión similar a la fracción en peso, multiplicada por 100, para expresarse como un porcentaje y se usa con mayor frecuencia que la fracción en peso, por lo tanto su expresión correspondiente sería:

%pesoA= mA/mT X 100

Molaridad (M)

La molaridad es la relación entre el número de moles de soluto y el volumen total de la solución en litros. Se expresa en moles por litro, según la expresión:

M=(moles del soluto/moles de la solución)

Molalidad (m)

La molalidad se define como el número de moles de soluto por cada

1000 g (1.0 kg) del solvente; o sea, es una relación de moles de soluto a masa de disolvente, que puede expresarse como:

m= (moles de soluto / Kg de solvente)

En otras palabras significa que una solución 1.0 molar contiene 1 mol de soluto por cada kg de solvente. Es muy importante no confundir molaridad con molalidad, ya que son conceptos completamente diferentes.

Normalidad (N)

La normalidad es una forma de expresar la composición de una solución donde se toma en cuenta la valencia del soluto y se expresa básicamente, como la relación entre el número de gramos equivalentes del soluto entre el volumen de la solución expresado en litros, así:

N=(numero de gramos equivalente/ volumen total de solución)

A su vez el número de gramos equivalentes es la relación entre la masa del soluto en la solución y su peso equivalente, que seria:

No. g eq.= (masa del soluto/ peso quivalente)

Y finalmente el peso equivalente es la relación entre el peso molecular del soluto y su valencia:

Peso eq.= PMsoluto / valencia del soluto (H+)

N=(masa

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