SOLUCIONES Y COLOIDES

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Empecemos
El Centro de Estudios Pre-Universitarios de la Universidad Nacional de
Ingeniería ofrece a los jóvenes interesados en seguir estudios profesionales
en nuestra universidad una adecuada preparación pre-universitaria que no
sólo les permita enfrentar exitosamente el examen de admisión, sino
principalmente la adquisición de los conocimientos requeridos en los estudios
universitarios.

3. SISTEMAS
DISPERSOS
PARTE II

4. 1
2
3
4
Tabla de
Contenidos
The Power of PowerPoint | thepopp.com
Solubilidad
Curvas de solubilidad, factores que afectan la solubilidad
Unidades de concentración
Unidades físicas y unidades químicas de concentración
Operaciones con soluciones
Mezcla y dilución
Cálculo estequiométrico
Cálculo estequiométrico involucrando soluciones
4

5. 1 Solubilidad curvas de solubilidad
Propiedad física intensiva que indica la máxima
cantidad de soluto que puede disolverse en una
cantidad dada de solvente (generalmente 100 g
de agua) a una determinada temperatura.
𝑆𝑡°𝐶
=
𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜(𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜)
100𝑔 𝑑𝑒 𝐻2𝑂
20°C 40°C 60°C 80°C
NaCl 36 36,6 37,3 38,4
KCl 33 39 45 51
KNO3 30 60 110 168
Na2SO4 17 47 43 35
Ce2(SO4)3 10 6 4 1
SOLUBILIDAD (g/100g H2O)
SOLUTO

6. 1 Solubilidad curvas de solubilidad
Solución saturada: Solución que contiene
la máxima cantidad de soluto disuelto en
forma estable a una temperatura dada. Así,
cada punto de las curvas mostradas
representa la concentración de una solución
saturada.
Solución insaturada: Solución que
contiene menor cantidad de soluto que la
solución saturada a cierta temperatura.
Pueden ser diluidas (baja concentración) o
concentradas (alta concentración).
Solución Sobresaturada: Solución que
contiene mayor cantidad de soluto disuelto
que una solución saturada a una
temperatura. Son sistemas metaestables,
en los que ante la menor perturbación el
soluto cristaliza, obteniéndose en la fase
líquida una solución saturada.

7. 1 Solubilidad factores que afectan la solubilidad
Fuerzas de interacción soluto – solvente:
Muchos compuestos iónicos son solubles en
solventes polares como el agua, por interacción
ion dipolo.
El proceso por el cual las moléculas de agua
rodean los iones de soluto se llama hidratación.
(solvatación cuando el solvente es distinto del
agua.)
Para que haya disolución, la energía liberada por
la interacción del soluto con el disolvente
(energía de hidratación) debe ser mayor, igual o
ligeramente menor* que la suma de la energía
necesaria para vencer las fuerzas que mantienen
unidos a los iones en la red cristalina y la energía
que se requiere para separar las moléculas del
disolvente.
* Los procesos de disolución donde la energía
de hidratación es menor, son endotérmicos y la
solubilidad crece con el aumento de la
temperatura (caso mayoritario).
Al disolverse el soluto a temperatura ambiente
se aprecia un descenso de la temperatura.

8. 1 Solubilidad factores que afectan la solubilidad
Temperatura:
La mayor parte de los compuestos sólidos son cada vez más
solubles conforme se eleva la temperatura, tal como se ve en
las curvas de solubilidad de las sales.
Los procesos de disolución de estas sustancias son
endotérmicos, absorben energía y se favorecen calentando. Al
enfriar una solución de este tipo que esté saturada empezará
a cristalizar.
Los gases, por el contrario son cada vez más solubles cuando
baja la temperatura. La menor energía cinética media de las
moléculas disueltas en una solución fría disminuye el número
de moléculas suficientemente veloces para escapar de las
fuerzas con las que son atraídas por el solvente.
𝑺𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 + 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 + 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 → 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 (𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒏𝒅𝒐𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐)
𝑺𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 + 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 → 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 + 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 (𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒙𝒐𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐)

9. 1 Solubilidad factores que afectan la solubilidad
Presión:
La presión externa no tiene influencia
sobre la solubilidad de líquidos y
sólidos, pero afecta enormemente la
solubilidad de los gases.
La relación cuantitativa entre la
solubilidad de los gases y la presión
está dada por la ley de Henry, que
establece que la solubilidad de un gas
en un líquido es directamente
proporcional a la presión del gas sobre
la disolución.
El CO2 inyectado a presión en una
gaseosa se escapa cuando se destapa
la botella.
0
H2
0
N2
0
CH4
0
O2
0
Ar
0
NO
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Solubilidad
(mg
gas/100
g
agua)
Presión del gas (atm)
Variación de la solubilidad de los gases con la presión
Soluto
Gas M mg/L (sol)
N2 0,69 x 10-3
1,93
CO 1,04 x 10-3
2,91
O2 1,38 x 10-3
4,42
Ar 1,50 x 10-3
6,00
Kr 2,79 x 10-3
23,38
Solubilidad
Masa molar:
De manera general
la solubilidad de un
gas aumenta con la
masa molar.

10. 2 Unidades de concentración unidades físicas
Unidad
Concepto Fórmula de cálculo
Nombre Símbolo
Porcentaje
en masa
%(m/m)
Gramos de soluto en
100g de solución
Porcentaje
en volumen
%(v/v)
Mililitros de soluto en
100ml de solución
Porcentaje
en masa-
volumen
%(m/v)
Gramos de soluto en
100ml de solución
Partes por
millón
ppm
Miligramos de soluto
en 1litro o de
solución
% m/m =
masa de soluto
masa de solucion
. ​
​
​
​
𝟏𝟎𝟎
% v/v =
volumen de soluto
volumen de solucion
. ​
​
​
​
𝟏𝟎𝟎
% m/v =
masa en gramos de soluto
mililitros de solucion
. ​
​
​
​
𝟏𝟎𝟎
ppm =
miligramos de soluto
litros de solucion
Unidades físicas: No dependen de la naturaleza química de los componentes.
El soluto se mide en masa o volumen.

11. 2 Unidades de concentración unidades físicas
Unidad
Concepto Fórmula de cálculo
Nombre Símbolo
MOLARIDAD
M
Se lee
“molar”
Indica el número de moles de
soluto disueltos en un litro de
solución.
NORMALIDA
D
N
Se lee
“normal”
Indica el número de
equivalentes de soluto
disueltos en un litro de
solución.
MOLALIDAD
m
Se lee
“molal”
Indica el número de moles de
soluto disueltos en un
kilogramo de solvente.
FRACCIÓN
MOLAR
Xsto
Se lee
“fracción
molar de
soluto”
Es un número decimal, que
indica la parte o fracción de
moles de soluto por mol de la
solución.
𝐌 =
moles de soluto
litros de solucion
=
𝒏
𝑽(𝑳)
𝐍 =
Equivalentes de soluto
litros de solucion
=
Eq
𝑽(𝑳)
𝒎 =
moles de soluto
kilogramos de solvente
=
𝒏
𝒎(𝒌𝒈)
𝐗sto =
moles de soluto
moles de solucion
𝐗ste =
moles de solvente
moles de solucion
Unidades químicas: Dependen de la naturaleza química de los componentes.
Las cantidades de soluto involucran sus masas molares o masas equivalentes

12. 2 Unidades de concentración conversión
Conversión de unidades:
La concentración es una
propiedad intensiva por lo que la
cantidad de solución de la que
se dispone no tiene que ser dato
del problema para convertir a
otra unidad. Sin embargo
conviene elegir bien qué
cantidad asumir para facilitar la
resolución del problema.
UNIDAD DE
PARTIDA
CONVIENE
ASUMIR
CONSECUENCI
A NUMÉRICA
%m/msto 100 g (sol) msto = %m/msto
%V/Vsto 100 mL (sol) Vsto = %V/Vsto
%m/V 100 mL (sol) msto = %m/V
M 1L (sol) nsto = M
N
(N = M) 1L (sol)
#eqsto = N
nsto = N/
m 1kg (ste) nsto = m
Xsto nsto + nste =1 nsto = Xsto
La densidad de la solución
se requiere para:
convertir:
Porcentaje en masa
Molalidad
Fracción molar
en:
Porcentaje en volumen
Porcentaje en m/V
Molaridad
Normalidad

13. 3 Operaciones con soluciones mezclas
Mezcla de soluciones: Proceso físico en
el cual dos o más soluciones de un mismo
soluto, son mezclados en proporciones
que variables, obteniéndose una solución
resultante de concentración intermedia.
Para unidades expresadas como fracción de
la cantidad de solución (msol o Vsol) se cumple
que el producto de la concentración por la
cantidad de solución es igual a la cantidad de
soluto en las unidades respectivas:
Vsto = (%V/V)sto·Vsol nsto = M·Vsol
msto = (%m/V)sto·Vsol #eqsto = N·Vsol
msto = (%m/m)sto·msol
La concentración de la mezcla hallará como un
promedio ponderado de las concentraciones y
las cantidades de solución empleadas
𝑪𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 =
𝑪𝟏𝑽𝟏 + 𝑪𝟐𝑽𝟐 + ⋯ + 𝑪𝒊𝑽𝒊
𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 + ⋯ + 𝑽𝒊
Vsol 1 + Vsol 2 = Vsol 3
msto 1 + msto 2 = msto 3
nsto 1 + nsto 2 = nsto 3
#eqsto 1 + #eqsto 2 = #eqsto 3
C1·Vsol 1 + C2·Vsol 2 = C3·Vsol 3

14. 3 Operaciones con soluciones mezclas
Ejemplo:
Calcular la molaridad de una disolución preparada al mezclar 100 mL HCl(ac) 0,5 M
con 75 mL HCl(ac) 0,05 M. Se suponen los volúmenes aditivos.
Solución:
𝐶𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =
𝐶1𝑉1+𝐶2𝑉2
𝑉1+𝑉2
=
0,5 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1𝑥100 𝑚𝐿 + 0,05𝑚𝑜𝑙 𝐿−1𝑥75 𝑚𝐿
100 𝑚𝐿 + 75 𝑚𝐿
= 0,307 mol L–1 = 0,307M

15. 3 Operaciones con soluciones mezcla y dilución
Dilución: Proceso físico en que se agrega
más solvente a una solución con el objetivo
de disminuir la concentración inicial.
La cantidad de soluto se mantiene
constante y el volumen de la solución final
es la suma del volumen de la solución
inicial y el solvente añadido.
En el caso general podemos hacer una mezcla
de soluciones del mismo soluto y diluirla
agregando solvente puro en un volumen 𝑽𝒔𝒕𝒆
∗
𝑪𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂
𝒅𝒊𝒍𝒖𝒊𝒅𝒂
=
𝑪𝟏𝑽𝟏 + 𝑪𝟐𝑽𝟐 + ⋯ + 𝑪𝒊𝑽𝒊
𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 + ⋯ + 𝑽𝒊 + 𝑽𝒔𝒕𝒆
∗
En el caso particular de diluir una única solución
de concentración C0 y volumen V0, hallamos su
concentración final (solución diluida).
𝑪𝒇 =
𝑪𝟎𝑽𝟎
𝑽𝟎 + 𝑽𝒔𝒕𝒆
∗ =
𝑪𝟎𝑽𝟎
𝑽𝒇
V0 + V*
ste = Vf
msto 0 = msto f
nsto 0 = nsto f
#eqsto 0 = #eqsto f
C0·Vsol 0 = Cf·Vsol f

16. 3 Operaciones con soluciones mezcla y dilución
Ejemplo:
Calcule la molaridad de una solución
preparada al diluir 100 mL de
NaOH(ac) 0,6 M agregándole 500 mL
de agua.
Solución:
𝐶𝑓 =
𝐶0𝑉0
𝑉0+𝑉𝑠𝑡𝑒
∗ =
0,6 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1𝑥100 𝑚𝐿
100 𝑚𝐿 + 500 𝑚𝐿
𝐶𝑓 = 0,1 mol L–1 = 0,1M
Ejemplo:
Calcule la molaridad de una solución
preparada al diluir 100 mL de
NaOH(ac) 0,6 M agregándole agua
hasta completar 500 mL.
Solución:
𝐶𝑓 =
𝐶0𝑉0
𝑉𝑓
=
0,6 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1𝑥100 𝑚𝐿
500 𝑚𝐿
𝐶𝑓 = 0,1 mol L–1 = 0,12M

17. 4 Cálculo estequiométrico
El cálculo estequiométrico que involucra sustancias disueltas sigue las mismas reglas del cálculo
estequiométrico que ya conocemos. La relación molar de las sustancias que reaccionan y se
forman está dada por los coeficientes estequiométricos de la ecuación química.
La estrategia recomendad a seguir en estos problemas será:
1. Determinar las moles de la sustancia que el problema nos proporciona como dato.
2. Relacionar con base en los coeficientes, la cantidad de sustancia “dato” determinada
previamente con las moles de aquella sustancia que consideremos la “incógnita” del problema.
3. Determinar a partir de las moles halladas en el segundo paso la respuesta del problema.
Los pasos 1 y/o 3 pueden involucrar, como en capítulos previos, cálculos de reactivo limitante,
rendimiento y pureza del reactivo. Los problemas que involucran concentraciones porcentuales
en masa se pueden resolver de modo similar a los que involucran un porcentaje de pureza (o
riqueza) de una sustancia en una muestra.
Adicionalmente podremos hallar fácilmente las cantidades de sustancias a partir de unidades
químicas de concentración, usando las definiciones que se estudiaron anteriormente.

18. 4 Cálculo estequiométrico
A es el reactivo limitante o la sustancia de la que se conocen los datos completos.
B es la sustancia sobre la cual se pregunta en el problema (incógnita).
En algunos casos se muestran algunos datos sobre esta sustancia B pero están incompletos.

19. 4 Cálculo estequiométrico
Ejemplo:
¿Qué volumen en litros de HCℓ, 0,13 M se necesita para neutralizar 2,9 g de Mg(OH)2?
         
2
ac 2 ac
2 ac
HC Mg OH MgC H O
  
Solución 1: Usando la ecuación
Balance: 2HCl +Mg(OH)2 MgCl2 + H2O
1. 𝑛ℎ𝑖𝑑 =
𝑚
𝑀
=
𝟐,𝟗 𝑔
𝟓𝟖 𝑔 𝑚𝑜𝑙−1 = 0,05 𝑚𝑜𝑙ℎ𝑖𝑑
2. 𝑛𝑎𝑐 = 𝟎, 𝟎𝟓𝑚𝑜𝑙ℎ𝑖𝑑𝑥
𝟐𝑚𝑜𝑙𝐻𝐶𝑙
𝟏𝑚𝑜𝑙ℎ𝑖𝑑
= 𝟎, 𝟏𝑚𝑜𝑙𝑎𝑐
3. 𝑉
𝑎𝑐 = 𝟎, 𝟏𝑚𝑜𝑙𝑎𝑐𝑥
𝟏𝐿
𝟎,𝟏𝟑𝑚𝑜𝑙𝑎𝑐
= 𝟎, 𝟕𝟕 𝑳
Solución 2: Usando equivalentes
#eq ácido = #eq hidróxido
M𝑉
𝑎𝑐 =
m
𝑀
ℎ𝑖𝑑
𝟎, 𝟏𝟑
𝑚𝑜𝑙
𝐿
𝑥𝟏
𝑒𝑞
𝑚𝑜𝑙
𝑽𝑎𝑐 =
𝟐, 𝟗 𝑔
𝟓𝟖𝑔𝑚𝑜𝑙−1
𝑥𝟐
𝑒𝑞
𝑚𝑜𝑙
𝑽𝒂𝒄 = 𝟎, 𝟕𝟕 𝑳