Características y Propiedades de las Soluciones Químicas

Solución

Una **solución** es un sistema homogéneo fraccionable formado por dos o más sustancias puras y simples que no reaccionan entre sí. Cuando la solución está constituida por dos sustancias puras, una de ellas suele hallarse en menor proporción (**sustancia dispersa**), que se denomina **soluto**. La otra es la sustancia dispersante llamada **solvente** o **disolvente**. La solución se presenta en el mismo estado físico que el solvente. Por ejemplo, si se disuelven dos gramos de sal en 10 cm³ de agua, se obtiene una solución líquida. **Sal = Soluto**, **Agua = Solvente**. Los términos soluto y solvente no se aplican cuando la solución consta de iguales cantidades de sustancias de igual estado de segregación. En una solución obtenida a partir de 100 cm³ de agua y 100 cm³ de alcohol, resulta imposible discriminar soluto y solvente. Las soluciones se caracterizan por ser fraccionables y porque sus propiedades físicas (densidad, índice de refracción) varían al modificarse la relación entre las masas de soluto y solvente. El soluto y el solvente pueden presentarse en líquido, gaseoso o sólido, y las soluciones más usuales son de:

• Gas en gas (aire puro y seco)
• Gas en líquido (CO₂ en H₂O)
• Líquido en líquido (H₂O y Alcohol)
• Sólido en líquido (azúcar en agua)
• Sólido en sólido (aleaciones Cu-Zn)
• Líquido y sólido (Hg en Cu)

Solubilidad

La **solubilidad** es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a presión y temperatura constantes. Para soluciones de sólidos y líquidos, la solubilidad depende de la naturaleza del soluto y del solvente, así como de la temperatura. En general, la solubilidad aumenta con la temperatura (nitrato de potasio en agua). Sin embargo, existen algunos casos en que disminuye (sulfato de sodio en agua) o no se modifica sensiblemente (ClN en H₂O). En cuanto a la presión, tiene poco efecto sobre la solubilidad de los sólidos; en el caso de soluciones líquidas y sólidos, la solubilidad depende de la naturaleza de los componentes, así como de la presión y temperatura.

Curvas de Solubilidad

Las variaciones de la solubilidad con la temperatura pueden estudiarse mediante ejes cartesianos, donde se representa la temperatura en las abscisas y la solubilidad (expresada en gramos de soluto por cada 100 g de solvente) en el eje de las ordenadas.

Soluciones Saturadas, Diluidas y Concentradas

Si a una cantidad de agua se le va añadiendo lentamente una sal, como el nicromato de potasio, se observa que la sal se disuelve en el líquido, el cual se colorea (anaranjado). Hay un límite más allá del cual no se disuelve más sal a la temperatura de la experiencia. En este caso, se dice que la solución está **saturada** a esa temperatura. “Una solución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más soluto a esa temperatura”. “Cuando la cantidad de soluto disuelto está próxima a la saturación, la solución se llama **concentrada**”. “Cuando la cantidad de soluto que se haya disuelto en un solvente está algo alejada de la saturación, la solución se llama **diluida**”. Según la cantidad de sustancias que se disuelven, estas se denominan **muy solubles** o **poco solubles**.

Concentración de la Solución

La **concentración** de una solución es la relación de la cantidad de soluto y la de solvente de la solución a una temperatura determinada. La concentración de una solución se puede expresar de diversas formas:

• A) Gramos de soluto por 100 g de solvente
• B) Gramos de soluto por 100 g de solución
• C) Gramos de soluto por 100 ml de solución

La **solubilidad** de una sustancia depende de dos factores: primero, del soluto y del solvente; hay sustancias que se disuelven mejor en determinados disolventes, y segundo, de la temperatura. Normalmente, la solubilidad de la sustancia aumenta con la temperatura de la solución.

Soluciones Sobresaturadas

En condiciones especiales, pueden obtenerse soluciones que admitan una cantidad de soluto mayor que la indicada por la curva de solubilidad. Son sistemas inestables y se denominan **soluciones sobresaturadas**.

Concentraciones de las Soluciones

Para expresar la composición de una solución de forma cuantitativa, se utiliza la noción de **concentración**, es decir, la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de solvente o solución. Dicha relación puede establecerse en masas o entre masas y volúmenes. Se presentan, por lo tanto, varias formas de expresión de la concentración:

• % m/m (por ciento en masa) = Expresa cuántos gramos de soluto se hallan disueltos en 100 g de solución. Ej: Si una solución 15% m/m está formada por 15 g de soluto por cada 100 g de solución, indica los g de soluto presentes en 100 g. Si la concentración es 3% m/m, significa que en 100 cm³ de ella van a ir 3 g de soluto.
• % v/v: se usa para soluciones formadas por solutos y disolventes líquidos y expresa cuántos cm³ de soluto están contenidos en 100 cm³ de solución.
• Hay otras expresiones de la concentración de soluciones donde se utiliza la cantidad de materia, o sea, el mol. Estas expresiones son: **Molaridad**, **Molalidad**, **Normalidad** y **Fracción Molar**.

Molaridad

La **molaridad** es la concentración indicada como cociente entre el número de moles de soluto y el volumen de la solución. Se expresa como moles de soluto/dm³ de solución. Si se tiene 6 dm³ de ácido clorhídrico que contiene 109,5 g de dicho ácido (masa de 3 moles), la molaridad será 3 moles de soluto/6 dm³ = 0,5 M. La unidad de molaridad se indica con la letra M; la solución anterior tiene una molaridad de 0,5 M. Una solución 1 M es aquella que tiene 1 mol de soluto por cada dm³ de solución. Solución 3 M significa 3 moles de soluto/dm³ de solución. 0,5 M = 0,5 mol; 0,01 M = 0,01 mol.

Molalidad

La **molalidad** es la concentración indicada como cociente entre el número de moles y la masa de solvente, y se expresa como: moles de soluto/1000 g de solvente. Una solución de 1 molal (1 m) es la que contiene 1 mol de soluto por cada kg (1000 g) de solvente.

Normalidad

Cuando se disuelve en agua un ácido y una base, estos compuestos se disocian y se obtienen, respectivamente, protones (hidrógenos en ácidos) y oxidrilos en bases.

Equivalente Gramo

Llamamos **equivalente gramo** de un ácido y una base a la masa de dicho ácido-base que en solución acuosa produce 1 mol de iones H₂ o oxidrilos, respectivamente.

• Equivalente gramo de un ácido = Masa molecular/moles de H₂ disociados
• Equivalente gramo de una base = Masa molecular/moles de OH disociados.

Normalidad

La **normalidad** de una solución de un ácido, hidrógeno o sal se indica como cociente entre el número de equivalentes gramos de soluto y el volumen de solución. Se expresa en: Equivalente gramo soluto/dm³ solución. A esta unidad se la representa por la letra N. Una solución 1 N (una normal) es la que contiene un equivalente gramo de soluto por cada dm³ de solución. Del mismo modo, se habla de solución 0,5 N. Ej: calcular cuántos g de H₂SO₄ serán necesarios para obtener 3 dm³ de solución 1 N. RTA: 147 g de H₂SO₄.

Comparación entre M y m

Comparemos ambas variables: M = Moles soluto/dm³ solución – m = moles soluto/1000 g solvente. Como puede verse, en ambos casos tenemos el mismo numerador, pero el denominador es diferente. Consecuentemente, la transformación de una variable en otra radica en transformar el volumen de la solución en masa de solvente y viceversa. Para ello, se deben conocer las propiedades de la disolución.

Densidad

La **densidad** relaciona el volumen de disolución con la masa de disolución.

Fracción Másica

La **fracción másica** relaciona la masa de solución con la masa de soluto y, por lo tanto, también con la de disolvente, que será la masa de disolución menos la masa de soluto.

Relación entre Concentración y Volumen

La relación entre concentración y volumen está dada por la siguiente relación: V_i x C_i = V_f x C_f, donde V_i es el volumen inicial, C_i es la concentración inicial, V_f es el volumen final y C_f es la concentración final. Calcular la molaridad de la solución que se obtiene al mezclar 15 ml de una solución 0,24 con 50 ml de agua. C_f = 0,072 M.