Unidad n°3 quimica

Unidad N°3. Química
TécnicoSuperiorenSeguridad,HigieneMedioAmbiente.
Prof.González,Carolina
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UnidadN°3:Soluciones.Concepto.Componentesde unaSolución.Clasificaciónde las
soluciones.Formasde expresarconcentracionesde unasolución.Solubilidad.Factoresque afectanla
solubilidad.Gráficosinterpretativos.
Soluciones
Denominamos Sistema Material a la porción de materia objeto de estudio. A los
sistemas materiales se los estudia determinando sus propiedades para poder
caracterizarlos y clasificarlos. En cualquier sistema, pueden ser de interés
sus propiedades extensivas, que son aquellas que dependen de la cantidad de materia
(por ejemplo: masa, volumen, peso, etc.); o pueden interesar sus propiedades intensivas,
que son aquellas que no dependen de la cantidad de materia (por ejemplo: densidad,
punto de fusión, color, etc.).
Los sistemas materiales tienen fases, que son porciones de
materia cuyas propiedades son uniformes y constantes.
Entendemos por propiedades uniformes, aquellas que no
cambian de un lugar a otro del sistema. Por ejemplo, el sabor del
agua es igual en la superficie del vaso que lo contiene, al sabor
del agua que está en el fondo. Hablamos de propiedades
constantes cuando no cambian con el tiempo. Los sistemas
materiales se pueden clasificar en:
 Sistemas homogéneos: Son los sistemas materiales que poseen una sola fase,
como por ejemplo: agua pura, lavandina, jugo, oro, etc.
 Sistemas heterogéneos: Son los sistemas materiales que poseen dos o más
fases, como por ejemplo: agua con aceite, yerba mate, etc.
Los sistemas materiales están formados por una o más sustancias, las sustancias son
porciones de materia con un conjunto particular de propiedades, es decir, que cada
sustancia tiene propiedades únicas y exclusivas de ella. Por ejemplo, el vinagre se
distingue especialmente por su gusto agrio, el agua por su transparencia, el telgopor
por su color y su baja densidad, el oro por su brillo y su conductividad eléctrica. Sin
embargo, las sustancias poseen muchas propiedades y aunque algunas resalten más que
otras, cada sustancia se diferencia de otra en al menos una de sus propiedades.
Los sistemas homogéneos son clasificados, a su
vez en:
 Sustancias puras: Son aquellas que tienen una sola sustancia.
 Soluciones: Son las mezclas homogéneas de dos o más sustancias.

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Concepto y características de las Soluciones
Cuando disolvemos un sobrecito de jugo en una jarra de agua, cuando embazamos
gaseosas, hacemos un té o preparamos una chocolatada estamos formando soluciones.
Es decir, estamos conformando un sistema homogéneo al mezclar dos o más sustancias
que formarán una nueva y única fase.
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más
sustancias.
A la sustancia o elemento que está presente en menor proporción denominaremos
soluto y al elemento que se encuentra en mayor proporción solvente. En la
chocolatada, el soluto es el cacao y el solvente es la leche, en la salmuera el soluto es la
sal y el solvente el agua.
Las soluciones se pueden presentar en los tres estados de agregación y esto depende
del estado de agregación del solvente. Existen soluciones gaseosas como el aire,
formado por una mezcla homogénea de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, argón
y helio. Otras son líquidas como el vino y los limpiadores multiuso. Pero también hay
soluciones sólidas, por ejemplo, las aleaciones y las amalgamas.
Tabla de Estados de agregación de las soluciones
Solución Solvente Soluto Ejemplos
Sólida Sólido
Sólido Aleaciones
Líquido Amalgamas
Gaseoso Hidrógeno disuelto enPaladio
Líquida Líquido
Sólido Azúcar disueltaenagua
Líquido Alcohol disueltoenagua
Gaseoso Lavandina
Gaseosa Gaseoso
Sólido naftalina disualtaenaire
Líquido aire húmedo
Gaseoso Aire atmosférico

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Aleaciones
Las aleaciones son mezclas de materiales sólidos en las que intervienen dos o más
metales.
Pero… ¿Cómo es posible mezclar dos sólidos? En realidad se los funde primeramente, se
los mezcla estando en forma líquida y una vez formada la solución se los deja enfriar
para que la mezcla solidifique.
Entre las aleaciones más conocidas tenemos al acero, formado por hierro y
carbono, su finalidad es ser utilizado en la industria de la construcción al igual que el
hierro, pero para aquellas aplicaciones que requieren una mayor dureza, propiedad que le
aporta el agregado de carbono.
La alpaca es una aleación de cinc, cobre y níquel; es utilizada en vajillas de mesa,
cierres en indumentaria, diales en aparatos de radio e instrumentos quirúrgicos y
odontológicos. El bronce tiene como base cobre y estaño, fue muy utilizado en la
fabricación de escudos y estatuas y hoy su principal aplicación es la producción de
cables de electricidad domiciliaria y baterías. En las competiciones deportivas se
entrega una medalla de bronce al tercer puesto.
Otra aleación muy conocida es el acero inoxidable, que además de
hierro y carbono, contiene cromo y níquel. Se usa para la elaboración
de cubiertos y utensilios de cocina. En la elaboración de alhajas se
utiliza el llamado oro 18 quilates, que es una aleación de oro y cobre.
La mayor parte del oro se lo emplea en la acuñación de monedas y
en joyería. Para estos fines, como es muy blando, se realizan
aleaciones que le aportan dureza. La proporción de oro en las
aleaciones utilizadas en joyería se expresa en quilates. Se
considera oro puro al de 24 quilates, por lo tanto, si una joya es de
18 quilates quiere decir que de 24 partes de la aleación, sólo 18
corresponden a oro puro y el resto es de otros metales.
Amalgamas
Las soluciones, en las que uno de los metales que las componen es mercurio, reciben el
nombre de amalgamas. En condiciones normales, el mercurio se encuentra en estado
líquido y los demás metales en estado sólido; pero si el mercurio hace las veces de
soluto, la solución será sólida. Por ejemplo, las amalgamas dentales, que se utilizan
para obturar cavidades, contenían casi un
50% de mercurio y el resto es de estaño, cobre y
plata.

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Soluciones acuosas
Cuando el agua actúa como solvente en una solución, decimos que tenemos una solución
acuosa.
Como ejemplos podemos citar: el agua mineral (que es agua pura con minerales
disueltos naturalmente), el agua mineralizada (que es agua pura o mineral con el
agregado de minerales en forma artificial), la salmuera, el té, etc.
Soluciones gaseosas
El viento que arrastra polvillo, las fábricas que liberan hollín y otros humos
producen que el
aire disuelva estas partículas sólidas, las más grandes terminarán cayendo al suelo un
tiempo después, pero las más diminutas formarán una solución con el aire. Estos
son casos de soluciones formadas por un solvente gaseoso y un soluto sólido. Los
vapores que emanan de nuestras casas, de nuestra boca durante los días muy fríos y de
las mismas industrias, así como la lluvia, producen la formación de soluciones en donde
el solvente es gaseoso y el soluto es líquido. Tal es el caso del aire húmedo, que es aire
con partículas de agua líquida en suspensión. Cada vez que el Servicio Meteorológico
señala el porcentaje de humedad en el ambiente, está indicando la proporción de agua
líquida que contiene el aire.
Por otro lado, el propio aire atmosférico es una solución, puesto que contiene una
mezcla de nitrógeno (75% aproximadamente), oxígeno (21% aproximadamente),
dióxido de carbono y gases nobles. El aire atmosférico es un caso de solución con
solvente y solutos gaseosos, pues todas las sustancias que lo componen están en
estado gaseoso en condiciones normales. Todos los gases al mezclarse forman una
solución.
Procesode disolución
En el párrafo anterior, contestamos el interrogante sobre si toda mezcla, a la
que no se le puede distinguir dos o más fases, es una solución. En este párrafo nos
preguntamos si todas las sustancias se pueden mezclar formando una solución, esto
es: ¿todo se mezcla con todo? La respuesta es no.
Para entenderlo recurriremos al modelo de partículas, que dice que todas las
partículas sienten fuerzas de atracción por las demás.
Supongamos que tenemos tres sistemas,
uno formado por agua, otro por aceite y
el tercero por alcohol.

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Cuando mezclamos el aceite y el agua, las partículas de aceite sienten fuerzas
de atracción por las demás partículas de aceite y por las de agua, pero éstas
fuerzas de atracción son más intensas entre partículas de aceite que entre una
partícula de aceite y una de agua. Con la partícula de agua sucede lo mismo, siente
más atracción por las de agua que por las de aceite. En consecuencia, las
partículas de aceite “preferirán juntarse entre sí” por un lado y las de agua por el
otro. El agua ocupará el fondo del recipiente porque es más densa que el aceite.
En cambio, si mezclamos alcohol y agua no sucede lo mismo. Las partículas de agua
sentirán fuerzas de atracción más intensas por las de alcohol que por las de agua. Así
mismo, las partículas de alcohol sentirán fuerzas más grandes por las de agua que por
las de su misma especie. De esta forma, las partículas se asociarán a una de diferente
clase y se mezclarán formando una solución.
Solubilidad
Ninguna sustancia puede disolver una cantidad ilimitada de otra sustancia. Si
bien, en un sistema material hay millones y millones de partículas, para entender
el fenómeno de la solubilidad, proponemos el siguiente modelo:
Supongamos que una partícula de sal se asocia a
tres partículas de agua al mezclarse. Si en un
recipiente tenemos solamente 12 partículas
de agua, ésta sólo podrá disolver 4 partículas
de sal.
¿Qué pasa si le agregamos 5 partículas de sal al recipiente? Una partícula quedará
sin disolver. Entonces, existe un límite de soluto que un solvente puede disolver, a
ese límite se lo conoce como solubilidad.
La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que una
determinada cantidad de solvente puede disolver.

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Hay cuatro factores que afectan la solubilidad:
 La naturaleza de las sustancias involucradas: Para el agua es más fácil,
en ciertas condiciones, disolver sal común que azúcar. Supongamos, para el
modelo ejemplificado anteriormente, que una partícula de azúcar se asocia a
4 partículas de agua. Nuestro recipiente de 12 partículas de agua sólo podrá
disolver 3 partículas de azúcar. El tipo de sustancias en juego determinará
la intensidad de las fuerzas de atracción entre las partículas, la combinación
entre ellas y por ende, la cantidad que pueden disolver.
 La cantidadde solvente disponible: entre más solvente tengamos, más soluto
podremos disolver.
 La temperatura: En general, al aumentar la temperatura, la solubilidad
aumenta. Esto se debe a que las partículas se mueven más rápido y con
mayor libertad en todo el sistema, y esto hace que les sea más fácil
“encontrar” a las otras partículas y asociarse a ellas.
 La presión: Al aumentar la presión, las partículas se ven obligadas a
compactarse y a asociarse. Esto favorece la solubilidad.
Influencia dela presiónen la solubilidad
Supongamos que tenemos un líquido, digamos agua,
en un recipiente que contiene una tapa móvil (émbolo).
Entre la tapa y el líquido hacemos ingresar un gas,
digamos dióxido de carbono.
Si comenzamos a bajar el émbolo, las partículas del gas
se sentirán más presionadas (hablando con propiedad:
aumenta la presión del gas), porque tienen menos
espacio para moverse y están más apretadas entre sí. Si
continuamos aumentando la presión del gas bajando el
émbolo, va a llegar el momento en que las partículas del
gas se verán obligadas a “entrar en el líquido”.
¿Cómo es posible esto? Recuerda que la materia es discontinua, los líquidos también
están formados por partículas, y entre partícula y partícula quedan espacios libres
por los que otras partículas pueden entrar.
De esta manera, el dióxido de carbono, ingresa en el líquido y se asocia a las partículas
de agua diluyéndose. ¡Con este proceso hemos fabricado soda! Las gaseosas se
fabrican de la misma manera. A mayor presión, más soluto podemos disolver.

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Influencia delcaloren la solubilidad
Cuando le damos calor a un sistema, su temperatura aumentará y
las partículas que lo conforman comenzarán a moverse cada vez
más. Como dijimos antes, esta mayor movilidad favorecerá el
hecho de que las partículas encuentren compañeras para
asociarse y así una sustancia se disolverá más fácilmente en
otra. Por ejemplo, al saquito de té le echamos agua caliente para
poder disolver mejor las sustancias que obtenemos de las
hierbas que están dentro del saquito. A mayor temperatura,
mayor solubilidad.
Curva desolubilidad
La variación de la solubilidad de una sustancia respecto de la temperatura puede
graficarse mediante una curva, denominada curva de solubilidad. Para dibujar la
curva de solubilidad se realiza un gráfico de ejes cartesianos y se coloca sobre el eje
Y el valor de la solubilidad de la sustancia expresada en gramos sobre 100 gramos
de solvente, y sobre el eje X el valor
de la temperatura en °C. El siguiente gráfico,
por ejemplo, muestra la curva de
solubilidad del nitrato de potasio.
Para interpretar el gráfico es necesario leer
cada par ordenado. Por ejemplo, al valor 40 en
el eje X, corresponde un valor de 60 sobre el
eje Y. Esto significa que a 40°C se pueden
disolver como máximo 60g de nitrato de
potasio en 100g de agua. La curva nos indica
la cantidad de soluto que se puede disolver
en 100g de solvente para cada temperatura.
Observen que a 15°C se pueden disolver 20g de KNO3 en 100g de
agua.
En las curvas de solubilidad sólo nos interesa analizar la relación entre la
solubilidad y la temperatura, pero como vimos antes, hay otros tres factores que la
afectan. Para poder hacer el estudio entre solubilidad y temperatura se fijan como
constantes los demás factores. Por ello, las curvas de solubilidad se construyen
para cada par de tipos de sustancias (soluto y
solvente determinados), en función de 100g de solvente (siempre fijo) y a una
presión constante de 1 atmósfera.

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Interpretacióndelas curvas desolubilidad
Para mejorar nuestra comprensión sobre cómo interpretar una curva de
solubilidad lo ilustraremos con el siguiente ejemplo
Ejemplo 1: ¿Qué cantidad de Nitrato
de Potasio pueden disolver 100g de
agua a 30°?
Recordemos que la curva siempre
considera que hay 100g de agua (salvo
que se indique lo contrario). Para poder
saber cuánto KNO3 se puede disolver
a 30°C de temperatura, ubicamos los
30°C en el eje horizontal y subimos en
forma vertical hasta encontrar la
curva, allí dibujamos un punto y luego
nos trasladamos en forma horizontal
hacia el eje vertical, el cual nos dirá el
valor de soluto que se puede
disolver a esa temperatura.
También podemos comparar la solubilidad de dos o más sustancias en otra (como por
ejemplo el agua) y observar cuáles es más soluble.
Por ejemplo: a 80°C, el nitrato de potasio
es más soluble en agua que el cloruro
de sodio (NaCl), porque puede disolver
170g de KNO3 aproximadamente contra
los 40g de NaCl.
A 10°C la situación se invierte, la
curva de KNO3 pasa por debajo de la de
NaCl, por lo que el NaCl pasa a ser más
soluble en agua que el KNO3
También podemos observar que el KNO3 tiene una curva mucho más pronunciada que el
NaCl, esto significa que la solubilidad del KNO3 es fuertemente dependiente de la
temperatura, en cambio el NaCl tiene una solubilidad poco dependiente de la
temperatura.

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Soluciones saturadas
Se dice que una solución está saturada cuando ha alcanzado su punto de solubilidad
a una cierta temperatura. La curva de solubilidad indica los puntos en donde
podremos obtener soluciones saturadas. Una solución saturada ya no puede admitir más
cantidad de soluto.
Si una solución tiene una cantidad menor de soluto que la solubilidad a cierta
temperatura, se dice que la solución es insaturada.
En cambio, si se ha excedido en soluto, la solución de considera sobresaturada.
A partir de una solución insaturada se puede obtener una saturada de diferentes
formas:
 Aumentando la cantidad de soluto hasta que la solución se sature.
 Disminuyendo la temperatura para que también disminuya la solubilidad.
 Evaporando cierta cantidad de solvente para que la proporción de soluto sea
mayor.

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Ejemplo 2: Ubica en el gráfico una solución de 80g de KNO3 en 100g de H2O a
60°C e indica si se trata de una solución saturada, insaturada o sobresaturada.
Comenzamos ubicando los 60°C sobre
el eje horizontal, desde allí subimos
hasta encontrarnos con los 80g de
KNO3. En ese punto estará
representada nuestra solución. Como
se encuentra por debajo de la curva,
la solución es insaturada. Si el punto
coincidiera con la curva, la solución
sería saturada, y si estuviera por
arriba, sería sobresaturada.
Concentracin
Cuando preparamos jugo, si lo hacemos con
poco soluto nos casi no le sentimos gusto y
tiene poco color; si lo hacemos con bastante
soluto, el jugo tiene más color y sabor.
Denominamos concentración a la proporción de
soluto que hay en una solución. Determinar la
concentración de una solución es muy
importante, porque nos dará una idea de sus
demás propiedades: sabor, densidad, punto
de fusión, conductividad eléctrica, etc.
Existen dos formas para expresar la
concentración de una solución, las veremos a
continuación.
La concentración esla proporción desoluto quehay en una solución.
Forma cualitativadecaracterizarla concentracióndeuna solución

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Esta forma consiste en clasificar a las soluciones según su estado de
concentración en:
 Diluidas: Son aquellas soluciones que tienen una proporción muy baja de soluto
respecto a la cantidad de solución. En la curva de solubilidad ocupan los
lugares más alejados de la curva y por debajo de ella.
 Concentradas: Son aquellas soluciones que tienen una proporción baja
de soluto respecto a la cantidad de solución, pero están cerca del estado
de saturación. En la curva de solubilidad ocupan los lugares cercanos a ella
pero siempre por debajo.
 Saturadas: Son aquellas soluciones que tienen una proporción de soluto
equivalente a la solubilidad de la solución para una temperatura determinada.
En la curva de solubilidad ocupan los lugares que se encuentran dentro de la
misma.
 Sobresaturadas: Son aquellas soluciones que tienen una proporción de soluto
superior a la solubilidad de la solución para una temperatura determinada.
Ocupa los lugares que están por encima de la curva de solubilidad.
Esta forma de caracterización no es exacta, sino más bien subjetiva. Para poder
clasificar a las soluciones, tomaremos como referencia el punto de solubilidad de
la solución para la temperatura que tiene la solución.
Como ilustración diremos que la solución del ejemplo 2 está concentrada, puesto que
se halla por debajo de la curva de solubilidad pero cerca de ella. La solución del
ejemplo 1 está saturada, porque se encuentra en la curva de solubilidad.
Forma cuantitativa deexpresarla concentracióndeuna solución
Una forma más exacta consiste en darle un valor numérico a la concentración de una
solución.
Para eso se mide la cantidad de soluto y de solución o sus volúmenes y se expresa la
relación que existe. Se puede expresar esta relación de muchas formas, aquí
veremos solamente cuatro:
 Porcentaje en masa: Es la cantidad de soluto, expresada en porcentaje,
que está contenida en 100g de solución. Se simboliza: %(m/m).
 Porcentaje masa en volumen: Es la cantidad de soluto, expresada en
porcentaje, que está contenida en 100ml de solución. Se simboliza: %(m/v).

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 Porcentaje en volumen: Es el volumen de soluto, expresado en
porcentaje. Que está contenido en 100ml de solución. Se simboliza: %(v/v).
Ejemplo 3: Se tiene una solución de salmuera de 250g. Si la solución tiene 50g de sal,
¿Cuál es la concentración de la solución en porcentaje en masa?
El porcentaje siempre se refiere a 100g de solución, por lo tanto
Luego, la concentración de sal que existe en la salmuera es de 20%(m/m)
Ejemplo 4: Una solución de 50ml de agua y azúcar posee 4g de alcohol,
¿Cuál es la concentración de la solución en porcentaje masa en volumen?
Rta: La concentración de la solución es de 8%(m/v).
Ejemplo 5: Una solución tiene 200ml de agua y 20ml de alcohol, ¿Cuál es la
concentración de alcohol de la solución en porcentaje de volumen?
El porcentaje se refiere a 100ml de solución, por lo tanto:
Si en 200ml de solución_ _20ml de alcohol
En 100ml de solución _x
Rta: La concentración de alcohol en la solución es de 10% (v/v).
Interpretacióndela expresión de concentracióndeuna solución
Como vimos en el ejemplo 3: 20%(m/m) indica que cada 100g de solución se tienen
20g de soluto. Así mismo si tenemos: 5%(v/v) significa que cada 100ml de solución se
tienen 5ml de soluto

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