Estados de las soluciones

Estado del Solvente	Estado del Soluto	Solución que Resulta	Ejemplos
Solido	Solido	Solido	Aleaciones: bronce, latón, acero.
Liquido	Liquido	Liquida	Alcohol en agua; vino; vinagre.
Liquido	Solido	Liquida	Sal en agua; azúcar en agua.
Liquido	Gas	Liquida	Oxigeno en agua.
Gas	Gas	Gas	Aire.

Propiedades de las soluciones

Las soluciones son materia y por lo tanto tienen propiedades, las cuales dependen principalmente de la cantidad de soluto presente en la solución. Estas propiedades reciben el nombre de "propiedades coligativas", entre las cuales están:

- La composición química de la solución es variable.

- Las propiedades químicas del soluto y del solvente no se alteran cuando se mezclan para for-

mar la solución.

- Las propiedades físicas de la solución si se alteran, principalmente las del solvente, como por

ejemplo el punto de ebullición (aumenta) y el punto de congelación (disminuye).

El agua de mar y el agua azucarada logran hervir a temperaturas mayores que la del agua, o

sea a mas de 100 oC; y estas mismas soluciones logran congelarse a temperaturas más bajas

que la del agua, es decir, menores que O oC .

Solubilidad

La solubilidad es un término que relaciona a las partes de una solución, y se refiere a la capa- cidad que tiene una sustancia (soluto) para disolverse en otra (solvente). El grado de solubilidad mide la capacidad de un soluto para disolverse en un solvente.

Existen solutos que se disuelven muy bien en el agua (sal de mesa, azúcar, etc.), por lo que su solubilidad es alta; sin embargo, sucede lo contrario con otros, que casi no se disuelven en agua (soda, etc.), siendo su solubilidad baja. Un soluto se disuelve mucho mejor cuando:

- La temperatura aumenta.

- La cantidad de soluto a disolver es adecuada.

- El tamaño de las partículas es fino.

Respecto a la cantidad del soluto, algunos líquidos, como el agua y el alcohol, tienen la capaci dad de disolverse entre ellos mismos y en cualquier proporción. En una solución de sal y agua, puede suceder que, si se sigue agregando sal, se llegue a un punto en el que el agua ya no disolve rá más sal, pues la solución estará saturada; esto es, se llega a un punto en que el soluto ya no se disuelve en el solvente, dicho a la inversa, el solvente llega al punto en el que no tiene más capa cidad para disolver más soluto. Si a un vaso con agua se le agrega y se le agrega azúcar, el solven te (agua) llegara a un punto en que admitirá más azúcar pero no la disolverá; el exceso de soluto (azúcar) buscara el fondo del recipiente, y cuando esto sucede indica que la solución esta satu- rada.

Un mismo soluto muestra varios grados de solubilidad, según sea el tipo de solvente, tempera- tura y presión; también se afirma que las sustancias que actúan como solutos no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura, y en otros, la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura; tam-bien la solubilidad aumenta o disminuye según sea la clase de soluto, por ejemplo, la sal de coci - na, el azúcar y el vinagre son muy solubles en agua, pero no así el bicarbonato de sodio.

Tipos de soluciones (concentración de las soluciones)

Las soluciones se pueden clasificar de dos maneras: según la cantidad de soluto presente en la solución (concentración), y según el tamaño o diámetro de las partículas del soluto (suspensio nes, soluciones coloidales y soluciones verdaderas). Las soluciones varían entre sí por su concentración, y una misma clase de solución puede pre sentar diferentes tipos de concentraciones; por ejemplo, si se tienen tres vasos llenos de agua y al primero se le agrega una cucharada de azúcar, al segundo tres cucharadas y al último seis, en- tonces se está ante una misma clase de solución (agua azucarada) y tres diferentes tipos de con -centración. En base a la cantidad de soluto presente en las soluciones, estas se clasifican en:

a. Solución diluida o insaturada. Es aquella en la que existe mucho menos soluto y mucho más solvente.

b. Solución saturada. Es aquella que contiene la máxima cantidad de soluto que el solvente puede diluir o deshacer, por lo tanto, cualquier cantidad de soluto que se añada no se disolverá; la solución sigue teniendo menos soluto y más solvente.

c. Solución sobre-saturada. Las cantidades extras de soluto agregadas a la solución saturada ya no se disuelven, por lo que se dirigen hacia el fondo del recipiente (precipitado). Hay exceso de soluto, pero siempre hay más solvente.

d. Solución concentrada. Es aquella cuya cantidad de soluto es mayor que la del solvente.

Formas de expresar la concentración

- Concepto de concentración. Este término es uno de los más importantes en el tema de las soluciones, y se refiere a las cantidades o proporciones tanto del soluto como del solvente. De manera simple, la concentración de una solución se define como

"la cantidad de soluto que hay en una solución "

Las cantidades del soluto y del solvente se pueden relacionar entre sí, con el propósito de establecer la proporción en que se encuentran ambos dentro de una solución; en otras palabras, en una solución habrá una cierta cantidad de soluto disuelta por una cierta cantidad de solvente, lo que se puede calcular mediante el empleo de ciertas formulas sencillas.

- Formas de expresar la concentración. Por lo general, los envases de drogas, medicinas y otros productos muestran la concentración de la sustancia que contienen. La cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de solvente o solución puede indicarse o expresarse de diferentes modos, por ejemplo:

a. En partes por millón (ppm), por ejemplo:

* mg/l (miligramos de soluto por litro de solución o muestra).

* mg/kg (miligramos de soluto por kilogramo de solución o muestra).

b. En porcentaje (porcentaje de soluto presente por cada 100 partes de solución)

c. En molar (moles de soluto por litro de solución, o sea molaridad).

d. En molal (moles de soluto por kilogramo de solvente, o sea molalidad).

e. En equivalente-gramo por litro (Normalidad).

f. Otros.

Se observa que para expresar la concentración de las soluciones se emplean unidades de me- dida físicas (gramos, miligramos, litros y mililitros), y unidades de medida químicas (mol, molal y equivalente gramo).

Cálculo de la concentración de las soluciones

Toda persona interesada en calcular la concentración de una solución, es decir, la cantidad o proporción de soluto presente en una solución, puede auxiliarse de cualquiera de los tres méto- dos existentes para ello; en todo caso, la concentración que se calcula corresponde al de las soluciones diluidas y saturadas. He aquí los métodos.

- Método empírico o visual. Consiste en apreciar detenidamente la solución, y establecer un criterio sobre la presencia o aparente ausencia de soluto en la misma; seguidamente este criterio se compara con la definición correspondiente a cada tipo fundamental de solución(solución diluida, saturada, etc.) , y a continuación se establece definitivamente ante qué tipo de solución se está. Este método es cualitativo, y no es preciso en la determinación de la concentración de una solución, pues se basa en un criterio personal, y no en formula o calculo alguno.

Por ejemplo: si se aprecia una solución y no se observan partículas de soluto, entonces se esta ante una solución del tipo diluida o insaturada; pero si se observan algunas partículas en el fondo del recipiente que contiene a la solución en estudio, luego la solución es tipo saturada; y si en el fondo del mismo recipiente se observa una capa de soluto, entonces la solución esta sobresaturada. Por último, sí en tal recipiente existiese más soluto que solvente, definitivamente que la solución sería del tipo concentrada.

- Métodos físicos. Son sencillos, y nombrados así porque son expresiones o fórmulas que contienen unidades de medidas físicas (gramos, miligramos, etc.). Son métodos cuantitativos, y por lo tanto expresan la concentración con precisión, e indican en porcentaje (%) la cantidad de masa del soluto presente por cada cien partes de masa de la solución. Son 3 estos métodos:

Esta fórmula o expresión se utiliza cuando la masa del soluto, solvente o solución esta expresada en gramos; el peso del soluto (masa) se divide entre el peso de la solución( peso sobre peso), y este resultado parcial se multiplica por cien para obtener el resultado final, el que indica el peso del soluto por cada cien unidades de peso de de la solución.

Ejercicio 1.

¿Cuál es la concentración de la sal de mesa o cloruro de sodio (NaCl) en una solución formada por 50 gramos de agua (solvente) y 5 gramos de esta sal (soluto) ?

La sal de mesa representa al soluto y el agua al solvente; cuando ambas cantidades se suman, luego resulta la masa de la solución (agua salada).

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Masa del soluto = 5 gramos.

- Masa del solvente = 45 gramos.

- Masa de la solución = 50 gramos.

Segundo paso. Aplicar la expresión o formula física de % de peso sobre peso (% p/p).

Respuesta= La concentración de la sal de cocina en la solución de agua salada es de 10%; esto significa que la solución está formada por 90 partes de solvente (agua) y 10 partes de soluto (sal de cocina), o bien, que existen 10 gramos de sal por cada 100 gramos de solución.

Ejercicio 2.

Una solución de agua azucarada pesa 120 gramos, y contiene 30 gramos de azúcar de mesa o sacarosa ( C12H22O11). ¿ Cuál es la concentración del azúcar?

El azúcar de mesa representa al soluto, la que ha sido disuelta en agua (solvente), formandose así la solución de agua azucarada.

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Masa del soluto = 30 gramos.

- Masa de la solución = 120 gramos.

Segundo paso. Aplicar la expresión o formula física de % de peso sobre peso (% p/p).

Respuesta= La concentración del azúcar en la solución de agua azucarada es de 25 %; en otras palabras, el azúcar representa el 25 % de la solución.

Esta fórmula o expresión se utiliza cuando la masa del soluto esta expresada en gramos y la masa del solvente o solución están expresadas en mililitros; en otras palabras, la expresión se utiliza cuando el soluto es un sólido y el solvente o solución es un líquido. La masa del soluto se dividen entre el volumen o mililitros de la solución ( peso sobre volumen), y este resultado se multiplica por cien para obtener el resultado final, el que indica el peso en gramos del soluto que hay por cada cien mililitros de solución, o sea, en qué porcentaje está presente el soluto en comparación con toda la solución(100%).

Ejercicio 1.

¿Cuál es la concentración, o porcentaje de peso sobre volumen (%P/V) , de 30 gramos de sal de mesa en una solución de 150 mililitros de agua salada?

Observe que la masa del soluto (sal) esta expresada en gramos y que la solución(agua salada) esta expresada en unidades de volumen, o sea mililitros.

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Masa del soluto (sal) = 30 gramos.

- Volumen de la solución (agua salada) = 150 ml.

Segundo paso. Aplicar la expresión o formula física de % de peso sobre volumen (% P/V).

Respuesta= La concentración de la sal de cocina en la solución de agua salada es de 20%; esto significa que por cada 100 partes de solución hay 20 partes de sal.

Ejercicio 2.

¿Cuál es la concentración, o porcentaje de peso sobre volumen (%P/V) , de 60 gramos de azúcar de mesa en una solución de 150 mililitros de agua azucarada?

El azúcar de mesa representa al soluto, la que ha sido disuelta en agua (solvente), formandose así la solución de agua azucarada.

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Masa del soluto (azúcar) = 60 gramos.

- Volumen de la solución (agua azucarada) = 150 mililitros.

Segundo paso. Aplicar la expresión o formula física de % de peso sobre volumen (% p/v).

Respuesta= La concentración del azúcar en la solución de agua azucarada es de 40 %; en otras palabras, el azúcar representa el 40 % de la solución.

Esta expresión se utiliza cuando el soluto, el solvente y la solución están expresados en mililitros,o sea, en unidades de volumen; las sustancias involucradas en esta expresión deberían ser liquidas o gases. Los mililitros de soluto se dividen entre los mililitros de la solución (volumen sobre volumen), y este resultado se multiplica por cien para obtener el resultado final, el que indica el volumen de soluto presente por cada cien unidades de volumen de la solución.

Ejercicio 1.

¿Cuál es la concentración de alcohol en una solución formada por 45 mililitros de agua (solvente) y 5 ml de alcohol (soluto) ?

El alcohol representa al soluto, el que ha sido disuelto en agua (solvente), formándose así la solución de agua alcoholizada.

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Volumen del soluto = 5 ml de alcohol

- Volumen del solvente = 45 ml de agua

- Volumen de la solución = 50 ml de agua alcoholizada.

Segundo paso. Aplicar la expresión física de % de volumen sobre volumen (% V/V).

Respuesta= La concentración del alcohol en la solución es de 10 % , esto es, que por cada 100 partes de solución existen 10 partes de alcohol.

Ejercicio 2.

Una solución está formada por 400 ml de Ácido Clorhídrico (HCI) y 1,600 ml de agua ¿Cual es la concentración del ácido en % de volumen sobre volumen ?

El HCl representa al soluto, el que ha sido disuelto en agua (solvente), formándose así la solución de agua y acido.

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Volumen del soluto = 400 ml

- Volumen del solvente = 1,600 ml

- Volumen de la solución = 2,000 ml

Segundo paso. Aplicar la expresión física de % de volumen sobre volumen (% v/v).

Respuesta= La concentración del ácido en la solución es de 20 % , o sea, que por cada 100 partes de solución existen 20 partes de ácido.

Existe otro método físico denominado "partes por millón", que se utiliza para calcular la concentración de aquellas soluciones que contienen cantidades muy ínfimas (pequeñísimas) de soluto, como por ejemplo menos de un gramo. Su planteamiento es:

- Métodos químicos. Son menos sencillos, cuyas formulas o expresiones contienen unidades de medida químicas(moles, equivalentes, etc.) y físicas. Son cuantitativos y precisos. He aquí tres de ellos :

Esta expresión se utiliza cuando la solución es líquida y que se puede medir con un simple equipo volumétrico, como probeta, bureta, etc.

En la formula se utiliza una unidad de medida química (mol) y otra física (litro); ello significa que, la masa del soluto se expresa en moles y la de la solución en litros. La cantidad de soluto se divide entre la de la solución, y el valor obtenido representa la molaridad (M) de la solución, que se interpreta como la cantidad de moles del soluto presentes en 1 litro de solución.

Una solución uno molar (1 M) significa que un mol de soluto esta disuelto en un litro de solucion. Un mol se refiere a una cierta cantidad de átomos o moléculas de cualquier sustancia, y esa cantidad equivale a seis mil trillones de átomos o moléculas, esto es 6 x 1023 , lo que se conoce como numero de Avogadro. Entonces, un mol de agua está formado por seis mil trillones de moléculas de H2O

Ejercicio 1.

Una solución de 2 litros contiene 0.5 moles de KCl ¿ Cuál es la molaridad de la solución ?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de soluto = 0.5 moles de KCl

- Cantidad de la solución = 2 litros

Segundo paso. Aplicar la expresión química de molaridad.

En los 2 litros de solución tan solo están diluidos un cuarto de mol de KCl; en otras palabras, existen un mil quinientos trillones de moléculas de KCl diluidas en los 2 litros de solución.

En ciertos ejercicios la cantidad del soluto no está dada en moles, sino que estará expresada en gramos, por lo que habrá que convertir estos gramos a moles, antes de utilizar la expresión o formula de Molaridad. Por ejemplo:

Ejercicio 2.

Una solución de 2 litros contiene 148 gramos de KCl ¿ Cuál es la molaridad de la solución ?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de soluto = 148 gramos de KCl

- Cantidad de la solución = 2 litros

Segundo paso. Convertir los gramos de soluto a moles.

- Primero se obtiene el peso molecular del soluto (ver tabla periódica), en gramos, así:

- Estos 74 gramos de KCl equivalen a 1 mol. A continuación se plantea una regla de tres:

Los 148 gramos de KCl equivalen a 2 moles de la misma sustancia.

Tercer paso. Aplicar la expresión química de molaridad.

En los dos litros de solución están diluidos 2 moles de KCl; expresado de otro modo, existen doce mil trillones de moléculas de KCl diluidas en los 2 litros de solución (seis mil trillones por cada mol).

Este planteamiento se utiliza en los casos en que se conoce la cantidad de soluto y de solvente, pero la solución aún no está hecha como para medirla y, sin embargo, desea conocerse la concentración de la futura solución. También hay ocasiones en que es más conveniente medir el soluto en lugar del volumen de la solución.

Esta expresión o formula utiliza una unidad de medida química (mol) y otra física (kg); esto significa que, la masa del soluto se expresa en moles y la del solvente en kg. La cantidad de soluto se divide entre la cantidad del solvente, y el valor obtenido representa a la molalidad (m) de la solución, que se interpreta como la cantidad de moles de soluto disueltos por un kilogramo de solvente.

Una solución uno molal (1 m) significa que un mol de soluto esta disuelto por un kilogramo de solvente, o que la solución está formada por un mol de soluto y un kilogramo de solvente.

Ejercicio 1.

Una solución de agua azucarada contiene 2 moles de azúcar (C12H22O11) y 4 kilogramo de agua ¿ Cuál es la molalidad de la solución ?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de soluto = 2 moles de azúcar de mesa.

- Cantidad de solvente = 4 kilogramos de agua.

Segundo paso. Aplicar la expresión química de Molalidad.

La concentración de azúcar es de medio mol por cada kilogramo de agua, que equivale a decir, que en cada kilogramo de agua esta disuelto medio mol de azúcar (unas tres mil trillones de moléculas).

En ciertos ejercicios la cantidad del soluto no está dada en moles, sino que estará expresada en gramos, al igual que el solvente, por lo que habrá que convertir estos a moles y kilogramos,

respectivamente, antes de utilizar la expresión o formula de molalidad. Por ejemplo:

Ejercicio 2.

Una solución de agua azucarada contiene 57 gramos de azúcar (C12H22O11) y 250 gramos de agua ¿ Cuál es la molalidad de la solución ?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de soluto = 171 gramos de azúcar.

- Cantidad de solvente = 250 gramos de agua.

Segundo paso. Convertir los gramos de soluto y solvente a moles y kilogramos, respectivamente.

- Primero se obtiene el peso molecular del soluto (ver tabla periódica), en gramos, así:

- Estos 342 gramos de azúcar equivalen a 1 mol. A continuación se plantea una regla de tres, así:

Los 342 gramos de azúcar equivalen a 0.5 moles de la misma sustancia.

Tercer paso. Convertir los gramos de solvente (agua) a kilogramos:

Cuarto paso. Aplicar la expresión química de molalidad.

La concentración de azúcar en la solución es de 2 moles por cada kilogramo de agua, que equivale a decir, que en cada kilogramo de agua están disueltos dos moles de azúcar(unas doce mil trillones de moléculas).

Ejercicio 3.

Se preparo una solución con 15 gramos de Cloruro de Sodio(sal de mesa) y 2 litros de agua.

¿ Cuál es la molalidad de la solución ?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de soluto = 15 gramos de sal (NaCl).

- Cantidad de solvente = 2 litros de agua.

Segundo paso. Convertir los gramos de soluto a moles, y los litros de solvente a kilogramos.

- Primero se obtiene el peso molecular del soluto (ver tabla periódica), en gramos, así:

- Estos 58 gramos de sal equivalen a 1 mol. A continuación se plantea una regla de tres, así:

Los 15 gramos de sal equivalen a 0.25 moles de la misma sustancia.

Tercer paso. Convertir los 2 litros de solvente (agua) a kilogramos: un litro de agua equivale a un kilogramo de la misma sustancia, entonces

Cuarto paso. Aplicar la expresión química de molalidad.

La concentración de azúcar en la solución es de 0.125 moles por cada kilogramo de agua.

Esta expresión se utiliza en aquellos casos en que la solución será empleada en reacciones de ácidos con bases.

Se interpreta como la cantidad de equivalentes gramos de soluto contenidos en un litro de solución. En la expresión anterior, equivalentes gramos de soluto se refiere a peso equivalente gramo del soluto, lo que se define de tres maneras, según sea el tipo de sustancia:

Para determinar la normalidad de una solución, habrá que calcular primeramente el peso equivalente-gramo del soluto de que se trate (elemento, acido o base), y este resultado, junto con el de litros de solución, se introducen en la expresión o formula de Normalidad.

Ejercicio 1.

¿Cuál es la normalidad de una solución de 1 litro que contiene 4 gramos de HCl o acido clorhídrico?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de sustancia acida o soluto = 18 gramos.

- Cantidad de solución = 1 litro.

Segundo paso. Calcular el peso equivalente-gramo de la sustancia acida.

- Calcular el peso o masa molecular del soluto (HCl).

- Calcular 1 equivalente-gramo del soluto.

Esto significa que por 1 equivalente-gramo hay 36 gramos de HCl, entonces hay que calcular cuantos equivalentes-gramo hay en 18 gramos de HCl

Existen 0.5 equivalente-gramo en los 18 gramos de ácido clorhídrico.

Tercer paso. Aplicar la expresión química de normalidad.

Respuesta= La concentración de la solución es 0.5 Normal.

Ejercicio 2.

¿Cual es la normalidad de una solución de 400 ml que contiene 2 gramos de

Al (OH)3 o Hidróxido de Aluminio?

Primer paso. Reunir los valores numéricos.

- Cantidad de sustancia básica o soluto = 2 gramos de Al (OH)3.

- Cantidad de solución = 400 ml.

Segundo paso. Calcular el peso equivalente-gramo de la sustancia básica.

- Calcular el peso o masa molecular del soluto.

Esto significa que por 1 equivalente-gramo hay 26 gramos de soluto, entonces hay que calcular cuantos equivalentes-gramo hay en 2 gramos de Al (OH)3

Existen 0.07 equivalentes-gramo en los 2 gramos de Hidróxido de Aluminio.

Tercer paso. Aplicar la expresión química de normalidad.

Respuesta= La concentración de la solución es 0.175 Normal.

Existe otra expresión o formula química para calcular la concentración de una solución, llamada fracción molar.

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