¿Qué tienen en común el jarabe de arce, el agua salada y un cuenco con cereales y leche?: son diferentes tipos de disoluciones y mezclas. Estas dos expresiones son muy similares, por eso es importante entender las sutiles diferencias entre ellas. Veamos con más detalle las disoluciones y las mezclas.
- En primer lugar, definiremos qué es una mezcla y una disolución.
- Luego, veremos el concepto de solubilidad y algunos ejemplos.
- A continuación, comprenderemos los diferentes tipos de disoluciones.
- Por último, profundizaremos en la concentración molar de las disoluciones.
La disolución química
En una disolución todas las partículas están mezcladas uniformemente. Las disoluciones se consideran mezclas homogéneas, con una composición uniforme y propiedades macroscópicas que no varían en toda la muestra. Pueden incluir sólidos, líquidos y gases.
Una disolución está compuesta por un soluto y un disolvente.
- Un soluto es una sustancia que se diluye en un disolvente.
- El disolvente es el medio en el que se diluye el soluto.
Para formar una disolución, las fuerzas intermoleculares presentes en el soluto y en el disolvente deben romperse; a continuación, deben formarse nuevas fuerzas intermoleculares entre ellos.
El agua se considera un disolvente universal, por su capacidad de disolver muchas sustancias: es capaz de disolver compuestos iónicos y también compuestos covalentes polares. Cuando el agua disocia compuestos iónicos, se forman disoluciones electrolíticas. Estas disoluciones son capaces de conducir la electricidad, debido a la presencia de iones en la disolución.
Cuando el agua se utiliza como disolvente, la disolución se denomina disolución acuosa.
Una mezcla, en cambio, está formada por partículas que no pueden mezclarse uniformemente; por tanto, se considera heterogénea. En las mezclas, las propiedades macroscópicas varían en función de la distribución.
Antes de adentrarnos en los diferentes tipos de disoluciones y mezclas, recordemos los fundamentos de la solubilidad.
Solubilidad
¿Cómo es que cuando ponemos un poco de azúcar en un té y lo bebemos, no hay trozos sólidos, sino que es un líquido suave? Esto se debe a que la bebida actúa como un disolvente: rompe los enlaces del azúcar, permitiendo que se disuelva y que no sintamos ningún trozo sólido cuando bebemos.
Si utilizamos el ejemplo anterior de una bebida caliente, ¿puedes determinar cuál sería el disolvente y cuál el soluto? Como el azúcar es la sustancia en la que se rompen los enlaces, este es el soluto. Por su parte, el té es el disolvente que está ayudando a romper los enlaces del azúcar, permitiendo que se forme una disolución: el té con el azúcar juntos.
La función de un disolvente es disolver un soluto para formar una disolución acuosa. La capacidad que tiene un solvente de cumplir esta función se conoce como solubilidad.
La solubilidad es capacidad de un soluto para formar una disolución con un disolvente. Se refiere a la cantidad máxima de soluto que es capaz de disolverse en 100 gramos de disolvente, a una temperatura determinada.
Pero, ¿de qué depende la capacidad que tiene un disolvente para disolver un soluto? Veamos los factores que determinan esta propiedad de los disolventes.
Naturaleza del soluto y el disolvente
Hay una regla general, que consiste en tener sustancias semejantes. Así, si queremos disolver un soluto apolar, necesitaremos un disolvente apolar. En cambio, si tenemos un soluto polar, necesitaremos un disolvente polar. Por lo tanto, ser una sustancia semejante al soluto es una característica de los disolventes con alta solubilidad.
Presión
La presión tiene un efecto en la solubilidad de los gases: cuando la presión se incrementa, la solubilidad de los gases aumenta. De esta manera, la presión y la solubilidad de un gas (disuelto en un líquido) tienen una relación directamente proporcional.
Temperatura
La temperatura afecta la solubilidad de un soluto en función de su estado. Cuando el soluto es un sólido, el aumento de temperatura produce un aumento en la solubilidad; mientras que cuando el soluto es un gas, el aumento de la temperatura provoca una disminución en la solubilidad. Por eso, generalmente cuando calentamos agua a más de 100°C, podemos disolver solutos que a temperatura ambiente permanecen en estado sólido. En cambio, cuando abrimos una botella de agua con gas, aumentamos la energía cinética del sistema. Esto causa que el gas se escape del líquido y disminuya la solubilidad.
Podemos derivar algunas reglas generales sobre la solubilidad:
En los sólidos, la solubilidad en el agua aumenta con el incremento de la temperatura.
En los gases, la solubilidad en agua disminuye con el aumento de la temperatura.
La mayoría de los compuestos iónicos que tienen Li+, Na+, K+, NH4+, NO3- o CH3CO2- se consideran solubles en agua.
Ejemplos de solubilidad
- Pintura y thinner: el thinner o tíner es un disolvente orgánico, derivado del petróleo, cuyos hidrocarburos son los disolvente ideales para aceites y pinturas de esmalte. La polaridad del thinner y de estos solutos es muy similar.
- La contaminación ambiental: es producto de la interacción entre los gases que son liberados a la atmósfera y el aire. Al ascender, estos gases entran en zonas de alta presión que causa que se diluyan en el aire, contaminándolo.
- Bebidas con gas: son disoluciones en condiciones de alta presión, donde el CO2 es el soluto que se diluye en un líquido, que actúa como disolvente. Si aumentamos la temperatura de la bebida gasificada, se libera el CO2, y la solubilidad disminuye.
- Café y leche: esta mezcla —muy frecuente en el día a día— es un ejemplo perfecto de cómo el aumento de la temperatura de un disolvente (la leche) aumenta la solubilidad de un soluto (el café).
- Oxígeno y sangre: el oxígeno es un gas esencial para el funcionamiento de nuestro organismo. Este se disuelve en la sangre y es transportado a todo el cuerpo, gracias a una molécula llamada hemoglobina. En este caso, el oxígeno es el soluto y la sangre el disolvente.
Tipos de disoluciones
Las disoluciones pueden estar formadas por cualquier combinación de sólido, líquido o gas. En la siguiente tabla encontrarás algunos ejemplos de disoluciones.
Ejemplos de disoluciones
Soluto primario | Disolvente | Disolución |
Ácido acético (líquido) | Agua (líquido) | Vinagre (líquido) |
Zinc (sólido) | Cobre (sólido) | Latón (sólido-sólido) |
Oxígeno (gas) | Nitrógeno (gas) | Aire (gas-gas) |
Cloruro de sodio (sólido) | Agua (líquido) | Agua salada (sólido-líquido) |
Dióxido de carbono (gas) | Agua (líquido) | Agua de soda (gas-líquido) |
Las disoluciones pueden clasificarse como:
Disoluciones diluidas
Disoluciones concentradas
Disoluciones saturadas
Disoluciones sobresaturadas
Disoluciones no saturadas
En la actualidad, en la química hay grupos científicos investigando cómo almacenar el gas hidrógeno de forma eficiente. Uno de los principales problemas de la producción de energía verde es la necesidad de almacenar esta energía.
Producir hidrógeno a partir de la energía (por ejemplo, solar) es un enfoque muy sostenible. Sin embargo, ¿qué se hace con el hidrógeno? Una idea es disolverlo en metales como el paladio. Sí, eso sería un gas en una disolución sólida. Muchos otros elementos son capaces de disolver el gas de hidrógeno en su interior, lo que se denomina hidruros intersticiales. Se trata de una disolución muy buena para el transporte de hidrógeno; pero, lamentablemente, es muy cara.
La concentración de la disolución
Cuando se añade una taza de zumo de naranja concentrado a un tarro que contiene tres tazas de agua para hacer zumo de naranja, en realidad se está haciendo una disolución diluida.
Las disoluciones diluidas son disoluciones que tienen una baja cantidad de soluto en la disolución.
La dilución es el proceso de añadir más disolvente a una cantidad fija de soluto, aumentando el volumen y disminuyendo la concentración de la disolución.
Los químicos suelen realizar las diluciones para reducir la concentración de las disoluciones. La concentración es una medida de la cantidad de soluto disuelto en el disolvente.
Las disoluciones concentradas son lo contrario de las disoluciones diluidas y tienen una gran cantidad de soluto en la disolución. Las disoluciones concentradas pueden dividirse, a su vez, en insaturadas, saturadas y sobresaturadas.
¿Sabías que las disoluciones diluidas de fenol (ácido carbólico) se utilizaban antes en los hospitales como antisépticos para eliminar los microorganismos infecciosos? De hecho, Joseph Lister fue la primera persona que esterilizó los instrumentos quirúrgicos con fenol, ¡y también utilizó el fenol para desinfectar las heridas!
Disoluciones insaturadas
Las disoluciones insaturadas son disoluciones que contienen menos de la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en el disolvente. Por lo tanto, si decidieras añadir más soluto a una disolución no saturada, el soluto se disolvería sin problemas y ¡sin dejar rastros!
Por ejemplo, si añades sal a un vaso de agua y la sal se disuelve completamente, entonces tienes una disolución insaturada.
Disoluciones saturadas
Las disoluciones saturadas son las que tienen la máxima cantidad de soluto disuelto. En otras palabras, si se le añadiera más soluto, este no se disolvería. En cambio, se hundiría en el fondo de la disolución.Cuando una disolución se satura, significa que la velocidad a la que se disuelve el soluto en el disolvente es igual a la velocidad a la que se forma la disolución saturada. Esto se llama cristalización.
Piensa en una ocasión en la que añadiste azúcar a tu café o té, y llegó un punto en el que el azúcar dejó de disolverse. Este es un ejemplo de disolución saturada.
Si mezclas dos sustancias y no se disuelven la una en la otra (por ejemplo: mezclar aceite y agua o mezclar sal y pimienta), no se puede formar una disolución saturada.
Disoluciones sobresaturadas
Las disoluciones sobresaturadas son disoluciones que contienen una cantidad de soluto superior a la máxima que puede disolverse en el disolvente. Las disoluciones sobresaturadas se forman cuando una disolución saturada se calienta a una temperatura elevada y luego se le añade más soluto. Cuando la disolución se enfría, no se forma ningún precipitado.
Las disoluciones sobresaturadas no siempre tienen que calentarse para formarse. La miel es una disolución sobresaturada hecha con más del 70% de azúcar añadido a un contenido de agua muy bajo. Las disoluciones sobresaturadas son inestables y, como se observa en la miel, se cristalizan con el tiempo para formar una disolución saturada estable.
Molaridad o concentración molar
Las disoluciones son un tipo de mezcla homogénea formada por partículas con diámetros muy pequeños, que se disuelven completamente en la disolución y no pueden verse a simple vista. No son capaces de dispersar haces de luz y no pueden separarse por filtración. Los solutos también son estables a una temperatura determinada.
Podemos expresar la composición de una disolución mediante la molaridad. La molaridad es la concentración del soluto.
La molaridad, que también se conoce como concentración molar, indica el número de moles de un soluto en 1 L de disolución.
La ecuación de la molaridad es la siguiente: Veamos un ejemplo:
¿Cuántos moles de MgSO4 hay en 0,15 L de una disolución de 5,00 M?
La pregunta nos da la molaridad y los litros de disolución. Por lo tanto, todo lo que tenemos que hacer es reordenar la ecuación y resolver los moles de MgSO4
Cálculo de la dilución con la molaridad
Antes dijimos que cuando se añade más disolvente a una muestra, esta se vuelve menos concentrada (diluida).
La ecuación de dilución es:
- Donde,M1 es la molaridad antes de la diluciónM2 es la molaridad después de la diluciónV1 es el volumen de la disolución antes de la dilución (en L)V2 es el volumen de la disolución después de la dilución (en L)
Encuentra la molaridad de 0,07 L de una disolución de KCl 4,00 M cuando se diluye a un volumen de 0,3 L.
Observa que la pregunta nos da M1, V1 y V2. Por lo tanto, tenemos que resolver para M2, utilizando la ecuación de dilución anterior:
Disoluciones - Puntos clave
- Una disolución es una mezcla homogénea compuesta por un soluto y un disolvente.
- Una mezcla se denomina heterogénea cuando está compuesta por soluto y disolvente.
- La solubilidad depende de la naturaleza del soluto y el solvente y de las condiciones de presión y temperatura a las que se someta la disolución.
- Las disoluciones pueden clasificarse como: diluidas, concentradas, insaturadas, saturadas y sobresaturadas.
- La solubilidad es la capacidad de un soluto para formar una disolución con un disolvente.
ReferenciasBrown, T. L. (2009). Chemistry: The Central Science. Pearson Education. The Princeton Review. (2019). Cracking the AP Chemistry Exam 2020 (Cómo superar el examen de química AP). Princeton Review. Descripción del curso y del examen de Química AP... - AP central. (s.f.). Recuperado el 29 de abril de 2022, de https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistrySwanson, J. W. (2020). Everything you need to Ace Chemistry in one big fat notebook. Workman Pub. Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2020). General, organic, and Biological Chemistry: Structures Of Life. Upper Saddle River: Pearson.
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