En una mezcla homogénea o aparentemente homogénea por lo general existe una sustancia que se presenta en mayor cantidad y otra en menor proporción que se encuentra dispersa en la primera. Así, hablamos de una fase dispersora (solvente) y fase dispersa (soluto). Se acostumbra clasificar las dispersiones en soluciones, coloides y suspensiones, en función del tamaño de las partículas de la fase dispersa.
DISOLUCIONES O SOLUCIONES
Una solución se define como un sistema homogéneo cuyas fases pueden variar su concentración entre ciertos limites. En este caso el tamaño del soluto disuelto tiene dimensiones atómicas o moleculares. El componente que está en exceso se llama disolvente y los componentes que se encuentran en menor proporción soluto.
COLOIDES
Cuando las partículas de una mezcla homogénea tiene aproximadamente un tamaño de 10 a 10,000 veces mayor que los átomos y moléculas, tenemos un sistema coloidal. En lugar de hablar de solvente y soluto, se acostumbra emplear los términos fase dispersora y fase dispersa. Con excepción de los gases, que siempre forman disoluciones, pues se mezclan íntimamente en todas proporciones, podemos tener sistemas coloidales con sustancias en diversos estados de agregación.
SUSPENSIONES
Si el tamaño promedio de las partículas de la mezcla es mayor que en el caso de los coloides, hablamos de suspensiones. La fuerza de gravedad domina sobre las interacciones entre partículas, así que las suspensiones acaban por sedimentarse y presentar dos fase, en forma de mezcla heterogénea.
Muchas medicinas se presentan en forma de suspenciones; por eso tiene sentido el letrero que dice: “Agítese antes de usarse”.
ALGUNOS EJEMPLOS:
AEREOSOLES.
Los aerosoles son un tipo de coloide en los que la fase dispersa es un líquido o un sólido y el medio de dispersión un gas. Existe una infinidad de productos caseros empacados en latas que producen aerosoles con sólo apretar la pequeña válvula “atomizadora” se producen partículas tan finas que la sustancia esparcida permanece mucho rato flotando en el aire. Otras veces la partícula es grande, y lo que se ha formado es una suspensión que rápidamente se sedimenta debido a la fuerza de gravedad. Ejemplos son los perfumes, desodorantes, lacas para el pelo, pinturas, etc. El gas propulsor que se acostumbra usar en las latas se conoce como freón, un compuesto de carbono, cloro y flúor, que tiene la ventaja de ser muy estable y no combustible, sin embargo es peligroso porque destruye el ozono de la estratosfera que nos protege de las radiaciones ultravioletas que vienen del Sol. Actualmente se utilizan otros gases propelentes.
ANESTÉSICOS Y ÉTERES.
Anestesia significa insensibilidad al dolor. Las sustancias con propiedades anestésicas inducen generalmente la depresión del sistema nervioso central. Por ello, al aplicarlas, debe tenerse mucho cuidado con su concentración, pero sobre todo con la cantidad que se administra al paciente.
En gran medida, la medicina se dedica al tratamiento de los síntomas y, de éstos, el dolor tal vez es el más importante. Antes de los anestésicos, la cirugía causaba un buen número de muertes no solo por la ausencia de desinfectantes sino que, al ser extraordinariamente dolorosa, causaba también descesos por el trauma resultante.
El éter dietílico es un buen anestésico. Es seguro para el paciente, ya que el pulso cardiaco y respiratorio, así como la presión arterial, permanecen normales durante su aplicación, la cual además es sencilla. Sus desventajas se encuentran en los efectos colaterales que produce como náuseas e irritación de las vías respiratorias. Entre los éteres más utilizados tenemos el divinil éter, el metil propil éter y el enfluorano. Otros compuestos que no son éteres pero que tienen esa propiedad son: el ciclopropano (empleado en las operaciones como anestésico, mezclado con 30% de helio) el haloetano y el dióxido de nitrógeno, N2O, llamado también el gas de la risa.
El primer anestésico local efectivo e inyectable, empleado inicialmente a finales del siglo pasado, fue la cocaína. Después de un tiempo se descubrió que su uso producía dependencia física (se trata de una droga). Del estudio de sus propiedades se sintetizó en 1904 otro poderoso anestésico, la novocaína, y posteriormente la xilocaina, que se usan hasta nuestros días.
Divinil eter CH2 = CH - O - CH = CH2
Enfluorano F2CH - O - CF2 CHFCl
Haloetano HBrClC - CF3
CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES
Una solución se define como aquel sistema homogéneo cuyas fases puede variar su concentración entre ciertos limites. Ahora, un sistema es aquella región del Universo que se aísla de todo lo demás para su estudio; al hablar de sistema homogéneo se entiende que dicho sistema tiene en todo su volumen las mismas propiedades de temperatura, presión, color, concentración, pH, etc. Fase se refiere a la posibilidad de distinguir a simple vista un componente de otro. Finalmente los limites de la concentración están determinados por los instrumentos de medición que nos permiten medir cantidades minúsculas (1X10-9 g) y saber con cierta certidumbre ¿cuanto soluto hay en la solución?. Él limite superior de concentración esta determinado por la solubilidad del compuesto y la temperatura.
CONCENTRACIONES EXPRESADAS EN UNIDADES FÍSICAS
En este tipo de concentración sólo se hace referencia a la cantidad en gramos o volumen que hay en una solución, pero no nos dice nada acerca de la reactividad de la solución o cuantas moléculas hay por cm3.
CONCENTRACIÓN EXPRESADA EN UNIDADES QUÍMICAS
En este tipo de concentración se hace referencia al número de moléculas que hay en una solución lo que permite conocer su grado de reactividad. Se utiliza como medida de concentración el mol o el equivalente gramo que como sabemos un mol contiene un número constante de partículas independientemente del peso molecular.
Concentración molar:
La concentración molar (M) es el número de moles de soluto contenidos en un litro de solución, sus unidades son mol/lt. Esta concentración es la mas ampliamente utilizada en los laboratorios de química.
Concentración Normal:
La normalidad de una solución (N) es el número de equivalentes gramo de soluto contenidos en un litro de solución. El peso equivalente es la fracción del peso molecular que corresponde a una unidad definida de reacción química, y un equivalente gramo es esa misma fracción de un mol. Esto lo podemos entender con el siguiente ejemplo:
NaOH + HCl ® NaCl + H2O
2NaOH + H2SO4 ® Na2SO4 + 2H2O
3NaOH + H3PO4 ® Na3PO4 + 3H2O
Se observa que la capacidad de reacción de un ácido esta en función del número de H+ que contenga, por esta razón una molécula de HCl solo puede reaccionar con una de NaOH, pero una molécula de H3PO4 es capaz de reaccionar con 3 moléculas de NaOH.
Así, el Peso equivalente del HCl es:
HCl = PM/1 = 36.453uma/1 = 36.453
Y el peso equivalente del H3PO4 es:
H3PO4 = PM/3 = 98uma/3 = 32.66
Se representa por las siguientes fórmulas:
Esta concentración se utiliza principalmente en análisis químico o en reacciones de soluciones donde intervienen ácidos y bases; oxidantes y reductores.
Concentración Molal
La molalidad de una solución es el número de moles de soluto por kilogramo del disolvente contenidos en una solución. La concentración molal es útil para los experimentos en los cuales se realizan mediciones físicas (como punto de congelación, punto de ebullición, presión de vapor, etc.). La molalidad de una solución dada, que esta determinada tan sólo por las masas de los componentes de la solución, es independiente de la temperatura.
Fracción molar
La fracción mol (x) de cualquier componente en una solución está definida como el número de moles (n) de ese componente, dividido entre el número total de moles de todos los componentes en la solución. La suma de las fracciones molares de todos los componentes en la solución es 1. La concentración de fracción molar se utiliza en trabajos teóricos puesto que muchas propiedades físicas de las soluciones se expresan más claramente en función del número relativo de moléculas de disolvente y soluto.
PROBLEMAS
1. - ¿Cuántos gramos de ácido clorhídrico concentrado, que contenga 37.9 % en peso de HCl, darán 5.0 g de HCl.
Resp. 13.2 g
2. - ¿Cuánto CrCl3 ·6H2O se necesita para preparar 1 lt de solución que contenga 20 mg de Cr+3 por cm3?.
Resp 102 g.
3. - ¿Cuántos gramos de Na2CO3 se necesitan para preparar 500 cm3 de una solución que contenga 10 mg de CO32- por cm3? Resp = 8.83 g
4. - ¿Qué volumen de ácido nítrico diluido, de densidad 1.11 g/cm3 y al 19% en peso de HNO3, contiene 10 g de HNO3? Resp = 47 cm3
5. - ¿Cuántos cm3 de una solución que contiene 40 g de CaCl2 por litro se necesitan para la reacción con 0.642 g de Na2CO3 puro? Se forma CaCO3 en la reacción. Resp =16.8 cm3
6. - Se pasa amoniaco gaseoso por agua, obteniéndose una solución de densidad 0.93 g/cm3 y que contiene 18.6% en peso de NH3. ¿Cuál es la masa de NH3 por cm3 de solución.
Resp. = 173 mg/cm3
7. - Se satura un volumen de 105 cm3 de agua pura a 4 oC con NH3 gaseoso, obteniéndose una solución de densidad 0.90 g/cm3 y que contiene 30% en peso de NH3. Encuéntrese el volumen resultante de la solución de amoniaco y el volumen del amoniaco gaseoso a 5 oC y 755 torr que se utilizó para saturar el agua.
Resp. = 167 cm3, 59 lt.
8. - Un litro de leche pesa 1032 g. la grasa que contiene es un 4 % en volumen y posee una densidad de 0.865 g/cm3. ¿Cuál es la densidad de la leche “descremada”, libre de grasas?.
Resp. = 1.039 g/cm3.
9. - Cuánto CACl2 · 6H2O y cuánta agua se deben pesar para preparar 100 g de una solución al 5 % de CaCl2?.
Resp. = 9.9 g de CaCl2 6H2O y
90.1 g de agua.
10. - ¿Cuánto BaCl2 se necesitará para preparar 250 cm3 de una solución que tenga la misma concentración de Cl-1 que una que contiene 3.78 g de NaCl en 100 cm3?
Resp. = 16.8 g de BaCl2
11. - ¿Cuántos gramos de soluto se necesitan para preparar 1 lt de solución 1 M de CuSO4?
Resp = 159. 54 g
12. - Se disuelven exactamente 100 g de NaCl en suficiente agua para formar 1500 cm3 de solución. ¿Cuál es su concentración molar?
Resp = 1.14 molar
13. - Calcular la molalidad de las siguientes soluciones que contienen:
a) 0.65 moles de glucosa, C6H12O6, en 250 g de agua Resp = 2.6 molal
b) 45 gramos de glucosa en 1 kg de agua Resp = 0.25 molal
c) 18 g de glucosa en 200 g de agua
Resp = 0.50 molal
14. - Una solución acuosa etiquetada como al 35 % de HClO4 tiene una densidad de 1.251 g/cm3. ¿Cuál es la concentración molar y la molalidad de la solución.
R = 4.36 M, 5.36 molal
15. - Una solución de sacarosa se preparó disolviendo 13.5 g de C12H22O11 en suficiente agua para preparar exactamente 100 cm3 de solución, la cuál se encontró que tenía una densidad de 1.050 g/cm3. Calcúlese la concentración molar y la molalidad de la solución.
Resp = 0.395 M y 0.431 mol/kg.
16. - Calcúlese el volumen de H2SO4 concentrado (densidad 1.835 g/cm3, 93.2 % en peso de H2SO4) que se necesita para preparar 500 cm3 de solución ácida 3.00 N.
Resp = 43.0 cm3
17. - Calcúlese el volumen de HCl concentrado (densidad 1.19 g/cm3, 38% en peso de HCl) que se necesita para preparar 18 lt de solución ácida N/50.
Resp = 29 cm3
18. - Calcular la masa de KMnO4 que se necesita para preparar 80 cm3 de KMnO4 N/8, cuando éste último actúa como agente oxidante en solución ácida y el Mn+2 es uno de los productos de la reacción.
Resp = 0.316 g
19. - Dada la ecuación sin balancear: Cr2O72- + Fe2+ + H+ ® Cr3+ + Fe3+ + H2O
a) ¿Cuál es la normalidad de la solución de K2Cr2O7, en la cual 35 cm3 contienen 3.87 g de compuesto?
Resp = 2.25 N
b) ¿Cuál es la normalidad de una solución de FeSO4, en la cual 750 cm3 contienen 96.3 g de compuesto?
Resp = 0.845 N
20. - Una solución contiene 75 mg de NaCl por cm3. ¿A que grado se debe diluir para obtener una solución de concentración 15 mg de NaCl por cm3?
Resp = Cada cm3 de la solución original se diluye con agua hasta un volumen de 5 cm3.
21. - Calcúlese el volumen aproximado del agua que se debe agregar a 250 cm3 de una solución 1.25 N para hacerla 0.500 N. Resp = 375 cm3.
22. - ¿Qué volumen de alcohol al 95% en peso (densidad 0.809 g/cm3) se debe utilizar para preparar 150 cm3 de alcohol al 30 % en peso (densidad = 0.957 g/cm3) Resp = 56 cm3
23. - ¿Qué volúmenes de HCl 12 N y 3 N se deben mezclar para preparar 1 lt de HCl 6 N?
Resp = 1/3 de litro de la solución 12 N y 2/3 de litro de la solución 3 N
