3. MEZCLAS HOMOGÉNEAS.
Mezclas homogéneas: disoluciones
Una disolución es una mezcla homogénea formada por 2 ó más sustancias puras en proporción variable. Las disoluciones pueden ser binarias (2 componentes), ternarias (3 componentes), etc. Ejemplo: Una mezcla de agua con sal es una disolución.
El componente de la disolución que se encuentra en mayor cantidad o proporción se llama disolvente y el o los que aparecen en menor cantidad o proporción se llama/n solutos. Ejemplo: En una disolución de sal en agua, la sal es el soluto y el agua es el disolvente.
Cuando en una disolución hay muy poco soluto, la disolución es diluida. Cuando la proporción de soluto es considerable se dice que es concentrada. Si ya hemos alcanzado la máxima cantidad de soluto que se puede disolver, la disolución está saturada. Advirtamos que, en algunos casos, una disolución puede ser a la vez diluida y saturada, cuando el soluto es realmente poco soluble.
Tipos de disoluciones
Las disoluciones están compuestas de dos o más sustancias, cada una de las cuales puede presentarse en un estado físico distinto. En el cuadro siguiente se muestran ejemplos de disoluciones en diferentes estados físicos:
Modos de expresar la concentración de las disoluciones
Las disoluciones pueden clasificarse en concentradas o diluidas según la cantidad de soluto sea grande o pequeña con respecto a la cantidad de disolvente. Pero estos términos son cualitativos, no dan una cantidad exacta medible. Para ello, se emplea el término concentración.
La concentración de una disolución es la cantidad de soluto que hay disuelto en una determinada cantidad de disolvente o en una determinada cantidad de disolución.
Existen distintas formas de expresar la concentración de una disolución:
- Porcentaje en masa
- Porcentaje en volumen
- Concentración en masa.
Porcentaje en masa
El porcentaje en masa nos indica los gramos de soluto que hay en 100 g de disolución. Se calcula a partir de la siguiente expresión:
Las masas de soluto y de disolución deben ir en las mismas unidades (gramos,kilogramos, etc.).
RECUERDA: masa de disolución = masa de soluto + masa de disolvente
El porcentaje en masa de soluto se llama también "riqueza de soluto".
Porcentaje en volumen
El porcentaje en volumen nos indica el volumen de soluto que hay en 100 unidades de volumen de disolución. Se calcula a partir de la siguiente expresión:
Los volúmenes de soluto y de disolución deben ir en las mismas unidades (mililitros, litros, etc.).
Concentración en masa
La concentración en masa nos indica la cantidad de masa de soluto que hay en cada unidad de volumen de disolución. Se calcula a partir de la siguiente expresión:
Concentración en masa = Masa de soluto / volumen de disolución
Se suele expresar la masa de soluto en gramos y el volumen de disolución en litros. Así, se expresaría la concentración en masa como g/L.
RECUERDA: La concentración en masa no es igual a la densidad. La densidad de una disolución representa la relación entre la masa y el volumen de la disolución.
Densidad = masa de disolución / volumen de disolución
Actividades:
14. Indica cuál es el soluto o solutos y cuál el disolvente:
Solubilidad
La cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de un disolvente es limitada. El azúcar, por ejemplo, es soluble en agua, pero si en un vaso de agua añadimos cada vez más y más azúcar, llegará un momento en el que ésta ya no se disolverá más y se depositará en el fondo. Además, se disuelve más cantidad de azúcar en agua caliente que en agua fría.
Se llama solubilidad de una sustancia a la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en un disolvente determinado.
La solubilidad de los sólidos se expresa como:
g de soluto / 100 mL de disolvente o g de soluto /L de disolvente
Podemos clasificar las disoluciones en función de la cantidad de soluto que hay en relación al disolvente. Así tendremos:
- Una disolución diluida es aquella en la que hay poco soluto con relación al disolvente.
- Una disolución concentrada es aquella en la que hay mucho soluto con relación al disolvente.
- Una disolución saturada es aquella que ya no admite más cantidad de soluto. En este caso, si añadimos más soluto, éste se quedará sin disolver.
La solubilidad de los sólidos
En general, la solubilidad de una sustancia sólida en un determinado disolvente aumenta a medida que se eleva la temperatura.
Si representamos los datos de masa de soluto disulelta en una determinada cantidad de disolvente al variar la temperatura se obtienen unas gráficas llamadas Curvas de solubilidad. Estas gráficas son únicas para cada sustancia en un disolvente determinado. En ellas se estudia la variación de la solubilidad en 100 g de disolvente a diferentes temperaturas.
La solubilidad de los gases
Cuando se eleva la temperatura de una disolución de un gas en un líquido, se observa, por lo común, que el gas se desprende. Esto se produce porque la solubilidad de los gases en los líquidos disminuye al aumentar la temperatura. Ejemplo: Una bebida carbónica a temperatura ambiente tiene menos gas disuelto que si está fría, esto se debe a que a mayor temperatura se disuelve menos cantidad de gas y, parte de éste, se escapa.
Si se mide la temperatura frente a la cantidad de gas disuelta en 100 gramos de agua se obtienen las curvas de solubilidad que, en este caso, son curvas decrecientes, lo que indica que, conforme aumenta la temperatura, la solubilidad del gas disminuye.
Actividades solubilidad:
1. Analiza la curva de solubilidad de sales en agua y responde a las siguientes preguntas:
a) ¿Qué sal se disuelve más en agua a 50 ºC?
b) ¿Qué sal se disuelve menos en agua a 50 ºC?
c) ¿Qué sal se disuelve más en agua a 75 ºC?
2. Los peces, como las personas, necesitan oxígeno (O2) para respirar. Analiza la gráfica de solubilidad del oxígeno en agua y explica por qué es tan perjudicial que las fábricas viertan agua caliente a los ríos o embalses.
3. Observa la gráfica de solubilidad del oxígeno en agua y determina cuánto disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en cada litro de agua cuando su temperatura pasa de 10 a 30 ºC.
Sustancias en la vida cotidiana
Estamos rodeados de sustancias puras y de mezclas. A continuación veremos algunos ejemplos:
- Sustancias pura simple: hierro, oro, plata, etc.
- Sustancias pura compuesto: agua (H2O), agua oxigenada (H2O2), sal común (NaCl), etc.
- Mezclas homogéneas: Agua de mar (agua con sales disuelta), agua corriente (agua con sales disuelta), Lejía (formada por la sal hipoclorito de sodio disuelta en agua), refrescos con gas (como la coca-cola, la fanta, etc.), etc.
- Mezclas heterogéneas: pizza, leche (emulsión de partículas grasas en agua), gelatina (coloide formado al mezclar un sólido en agua), etc.
Diversidad de la materia: teoría atómico-molecular de Dalton
¿Hasta dónde podemos dividir una sustancia?
Tomamos un terrón de azúcar y lo partimos por la mitad. Elegimos una de las dos mitades y volvemos a partirla por la mitad. Suponiendo que pudiéramos seguir repitiendo esta operación indefinidamente (dividir en dos mitades, elegir una), ¿crees que llegaría un momento que el trocito que obtuviéramos ya no fuera azúcar?, es decir, ¿existiría una unidad mínima de azúcar?
Actividades:
34. ¿Qué opinas respecto a lo que acabas de leer? ¿existiría una unidad mínima de azúcar?
Demócrito (460 a.C. - 370 a.C.), filósofo griego, fue el primero en pensar que la materia estaba constituidas por partículas indivisibles a las que llamó “átomos” (que significa precisamente indivisible). Entonces no había métodos para poder demostrar su existencia, así que simplemente postuló dicha hipótesis. Tampoco diferenció entre átomos y moléculas. Pensaba que existían átomos de cada tipo de sustancia. Esta teoría era contraria a la imperante en el momento denominada de los cuatro elementos (tierra, aire, agua y fuego) que concebía cada sustancia como una mezcla particular de estos cuatro elementos.
Pero durante muchos siglos los científicos no pudieron demostrar las existencia de los átomos. Hasta que en 1808, Dalton, químico inglés, publicó su libro “Un nuevo sistema de Filosofía Química”. En él expone su teoría sobre la constitución de la materia, que se basa en tres postulados:
1.- Cada elemento químico está formado por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. Dichos átomos permanecen inalterados en el proceso químico, es decir, son inmutables: no se pueden transformar unos en otros.
2.- Los átomos de un elemento tienen todos igual masa y las mismas propiedades; sin embargo, son distintos de los átomos de cualquier otro elemento.
3.- Los compuestos químicos están formados por uniones de átomos de “distintos” elementos que se llaman moléculas. La proporción numérica entre ellos es simple y constante. (Los elementos también pueden formar moléculas de dos o más átomos “iguales”).
Dalton definió un símbolo para referirse a cada elemento químico y escribía las fórmulas combinando los símbolos de los elementos que los constituían.
