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UNIDAD 6 SOLUCIONES Gran parte de los procesos químicos ocurren en soluciones. Una solución se produce cuando una sustancia se dispersa en otra(s) a nivel molecular y sus componentes no se pueden separar por medios simples. Ej. : aire, agua de mar, aleaciones, etc. La composición de una solución se da en términos de la sustancia de interés, llamada soluto y el medio dispersante llamado solvente. 8.1 SOLUCIONES SATURADAS, NO SATURADAS Y SOBRESATURADAS Cuando se añade un sólido soluble a un líquido a cierta temperatura, el sólido se disuelve hasta una concentración máxima: se convierte en solución saturada. Una solución con una concentración de soluto menor a la máxima se denomina insaturada o no saturada. Mediante el incremento de la temperatura es posible incrementar la cantidad de soluto a una solución saturada y si posteriormente se enfría muy lentamente hasta alcanzar la temperatura inicial, se obtiene una solución sobresaturada. Esta última es muy inestable. 8.1.1 Solubilidad Es la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un determinado solvente a temperatura fija. Ej.: solubilidad del NaCl en agua : 35.1 g /100 g de H2O a 20 C solubilidad del NaCl en alcohol etílico : 0.53 g /100 g de alcohol etílico a 20 C Para determinar las escalas de solubilidades se acepta la siguiente tabla: Solubilidad inferior a 10-2 moles /100 g de solvente Solubilidad inferior a 10-3 moles /100 g de solvente Solubilidad inferior a 10-4 moles /100 g de solvente

Ligeramente soluble Poco soluble Solubilidad despreciable

El dicho “semejante disuelve semejante“ es de gran ayuda para predecir la solubilidad de una sustancia en otra. Esto equivale a decir: polares con polares y no polares con no polares. Ejemplos: CCl4 y C6H6 son no polares por lo tanto deben ser miscibles. Los alcoholes son miscibles en agua porque pueden formar puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. Los compuestos iónicos serán más solubles en líquidos polares como el agua, amoníaco líquido o fluoruro de hidrógeno líquido.

8.2 PROCESOS DE DISOLUCIÓN Todos los procesos tienden hacia un máximo desorden (máxima entropía) y hacia una mínima energía (mínima entalpía). Estas dos fuerzas impulsoras limitan la solubilidad. 8.2.1 SOLUCIONES LÍQUIDO-LÍQUIDO Los solutos y solventes están más ordenados por separado. La entropía favorece la disolución. Pero, por otra parte, las fuerzas de atracción entre las partículas del soluto y las del solvente deben ser de magnitudes aproximadamente iguales: metanol y agua, benceno y tetracloruro de carbono. Benceno en agua es poco soluble por la razón anterior. 8.2.2 SOLUCIONES SÓLIDO-LÍQUIDO La entropía favorece la disolución. El cambio de energía es el resultado de tres efectos: i. El soluto absorbe energía para romper los enlaces intermoleculares H1(+) ii. El solvente absorbe energía para romper los enlaces intermoleculares H2(+) iii. Se libera energía cuando se atraen las partículas del solvente y soluto Hs(-) iv. Hdisolución =H1(+) +H2(+) + Hs(-) Si Hdisolución es (-) y alto Si Hdisolución es  0 Si Hdisolución es (+) y alto

Altamente soluble Moderadamente soluble Solubilidad despreciable

Ejemplos: explicar ¿por qué I2(s) es más soluble en etanol que en agua? 20 g I2 /100 g de etanol y 0.03 g I2 /100 g de agua  mejor energía de solvatación yodo-etanol  las interacciones agua-agua son mayores que etanol-etanol A T ambiente se demuestra que al disolver I 2 en etanol o tetracloruro de carbono se absorbe calor y que la solubilidad del yodo es: 20 g /100 g de etanol 3g/100g de CCl4 Explicar este comportamiento si: I2(s)+6.7 kJI2(en etanol) I2(s)+24.2 kJI2(en CCl4) a) En CCl4 el calor absorbido es mayor luego en este solvente hay mayor dificultad para la disolución. b) Al aumentar la temperatura se aumenta la solubilidad en ambos solventes.

8.2.3 SOLUCIONES DE GASES EN LÍQUIDOS En los gases las moléculas se mueven más libremente. Al disolverse el desorden disminuye. La entropía no favorece la disolución de gases en líquidos En estado gaseoso las moléculas son separadas y sus atracciones son despreciables. Cuando pasan al líquido, hay atracciones gas-solvente que disminuyen la energía potencial, se desprende calor. La energía favorece la disolución La disolución implica un balance entre energía y entropía. Ejemplo: O2(g)O2(ac)+12.5 kJ /mol N2O(g)N2O(ac)+20.1 kJ /mol Si el cambio de entropía es semejante ¿cuál es más soluble? El N2 libera más calor. Las interacciones dipolo -dipolo H 2O -N2O son más fuertes que dipolo -dipolo inducido H2O -O2. 8.2.3.1 efecto de la temperatura: Al aumentar T se aumenta la energía cinética, pero, las interacciones soluto-solvente se hacen menos importantes por lo tanto disminuye la solubilidad. 8.2.3.2 efecto de la presión: Al aumentar P la solubilidad aumenta. 8.2.3.3 Ley de Henry: Se aplica a soluciones diluídas de gases en líquidos. “la solubilidad de un gas es proporcional a la presión parcial del gas en equilibrio con la solución” Pi = Kh Xi Pi: presión parcial del gas (soluto) Kh: constante que depende de la naturaleza del gas y de la temperatura. Esta ley se cumple para soluciones muy diluídas y se aplica a gases poco solubles como: O 2, N2, H2 y He en agua pero no para HCl o NH3. Pi /Xi =Kh entre más pequeño sea Xi, más grande Kh y menos soluble o viceversa. La constante es una medida de la atracción entre el solvente y el soluto. GASES Agua 25 C Kh (mm Hg) H2 5.34x 107 N2 6.51x 107 CO 4.34x 107 CO2 1.25x 106

Benceno 25 C Kh (mm Hg) 2.75x106 1.79x106 1.22x106 8.57x104

Ejemplo: Calcular el volumen de H2 que se puede disolver en un litro de agua a 25 C y una atmósfera de presión parcial. XH2= Pi/Kh =760 mm Hg/5.34x107= 1.42x10-5 XH2 =nH2/(nH2 +nH2O) pero nH2