UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INDUSTARIAS ALIMENT ALIMEN TARIAS MECANISMO DE UNA DISOLUCION I Introducción
Una disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o más sustan sustancias cias puras puras que no reaccio reaccionan nan entre sí, cuyos cuyos compon componente entess se encuen encuentran tran en proporciones variables. También También se puede definir como una mezcla homogénea formada por un disolvente y por uno uno o varios solutos. II Objetivos • • • • •
onocer cuál es el mecanismo de una disolución. !ue es una disolución. omponentes de una disolución. "ormas de e#presar la concentración de la disolución. $leg legar a con conocer cer cuál cuál es el proce roceso so a segu seguir ir para ara el cálc cálcu ulo de una una concentración.
III. Fundamento teórico Disolución
%on mezclas homogéneas &una fase' que contiene dos tipos desustancias denominadas soluto y solvente( que se mezclan en proporciones variables( sin cambio alguno en su composición es decir no e#iste reacción química.
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%)$U*)+ %)$UT) - %)$/+T/
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Soluto
/s la sustancia que se diluye y siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en peso y volumen, en una solución puede haber varios solutos, el soluto da el nombre a la solución.
Si el soluto es un sólido ! el disolvente un l"#uido
/l soluto es aquel de los reactivos que está en distinto estado físico que la disolución y el disolvente es aquel que está en el mismo estado físico que la disolución0 /10 %oluto0 +al 2isolvente0 34) Si el soluto ! el disolvente son l"#uidos
/l soluto es aquel del cual hay menos cantidad en la disolución y el disolvente es aquel del cual hay más cantidad. pág. 2
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/10 %oluto0 3l 2isolvente0 34) %eleccionando el disolvente adecuado, se puede separar un ingrediente o grupo de ingredientes de una sustancia comple5a. /ste proceso se llama e#tracción con disolventes. 6or e5emplo, un disolvente puede e#traer una fragancia o sabor de una planta o sustancia animal. Una vez disuelta, se puede concentrar la fragancia o sabor evaporando el disolvente. /n un proceso de e#tracción con disolventes bien dise7ado, el disolvente se recupera y se vuelve a utilizar una y otra vez. /l soluto no es sólo un componente pasivo o inerte de la disolución. Tanto el disolvente como el soluto se pueden considerar activos. Solvente $disolvente%
%ustancia que disuelve o dispersa al soluto y generalmente se en mayor proporción. /l solvente da el aspecto físico de la solución
Mecanismo del &roceso de disolución
6ara que una sustancia se disuelva en otra es necesario separar las entidades elementales que constituyen el soluto y el disolvente por separado, venciendo las interacciones soluto8 soluto y disolvente8 disolvente y por otro lado se establezcan interacciones soluto8disolvente, que sean más intensas que las primeras. %e pueden diferenciar las siguientes etapas0 9.8 %eparación de entidades elementales del soluto. 4.8 %eparación de entidades elementales del disolvente. :.8%olvatación &;tracción de entidades elementales del soluto y el disolvente'. Todo este proceso se ilustra en la siguiente figura donde se indican además las variaciones de entalpía &calores' de los procesos0
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/l calor o entalpía de disolución 232 será la suma de todas estas energías0 232 23# - 23d - 23#8d %iendo0 23s &entalpía de solvatación' 23d - 23#8d omo regla general se tiene que0
%i 232 <= el proceso de disolución es endotérmico, por lo tanto el proceso de disolución se favorece al aumentar la temperatura. /5emplo0 la disolución de +3>+): en agua.
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%i 232 ? = el proceso de disolución es e#otérmico, por lo que el proceso de disolución se favorece al disminuir la temperatura. ;unque esto no es así para todas las sustancias por lo que la influencia de la temperatura en el proceso de disolución debe determinarse, en @ltima instancia, e#perimentalmente. Solubilidad
uando se prepara una disolución a una presión y temperatura determinada, se observa que, para una cantidad de disolvente dado, el soluto se va disolviendo hasta que llega un momento en que cualquier adición de soluto se precipita en el fondo del recipiente. uando se alcanza esa condición se dice que la disolución es saturada, es decir e#iste un equilibrio entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver, ya que la velocidad del proceso de disolución es igual a la velocidad del proceso de separación. %i separamos la fase líquida de la sólida &por e5emplo por filtración y la colocamos en un nuevo recipiente, cualquier adición de soluto conlleva a la formación de una fase sólida de igual masa, por estar saturada. uando la disolución contiene menos soluto disuelto que la correspondiente disolución saturada a una temperatura y presión dada, se dice que es no saturada, y si contiene más soluto disuelto en esas condiciones de presión y temperatura se dice que es sobresaturada. Aa5o ciertas condiciones, se obtienen soluciones sobresaturadas, que al afectar el sistema, precipitan. %e define entonces la solubilidad como la cantidad má#ima de soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de disolvente a una presión y temperatura dada "actores que afectan la solubilidad /ntre los factores que afectan la solubilidad de las sustancias tenemos0 la naturaleza del soluto y el disolvente, la temperatura y la presión.
+aturaleza del soluto y el disolvente0 uando las fuerzas que interact@an entre las entidades elementales del soluto y el disolvente por separado, no difieren mucho, se favorece el establecimiento de interacciones entre las entidades elementales del soluto y el disolvente y por lo tanto es mayor la solubilidad del soluto en el disolvente. 6or esta pág. 5
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INDUSTARIAS ALIMENTARIAS razón los solutos polares se disuelven generalmente en disolventes polares y los poco polares en disolventes apolares. /sto se e#presa generalmente como Blo seme5ante disuelve lo seme5anteC.
Temperatura0 $a dependencia de la solubilidad de una sustancia con la temperatura se representa gráficamente por medio de las curvas de solubilidad. /n la figura siguiente se representan las curvas de solubilidad de varias sustancias
$os puntos sobre las curvas representan las composiciones de las disoluciones saturadas correspondientes a las distintas temperaturas. $os puntos por deba5o de las curvas representan las disoluciones no saturadas y los puntos por encima de la curva las disoluciones sobresaturadas. 6resión0 $a presión sólo influye en el caso de solutos gaseosos. ; temperatura constante, un aumento de la presión aumenta la masa de gas disuelto y por lo tanto aumenta la solubilidad. /sto se conoce como la ley de 3enry. /s corriente observar esto cuando abrimos un recipiente que contiene agua gaseada o un refresco Formas de e'&resar la concentración de una disolución
6ara el análisis químico es necesario en muchas ocasiones llevar nuestro analito a una forma disuelta en un solvente adecuado. También se emplean muchas soluciones de diferentes reactivos, por lo que es muy importante e#presar y calcular la concentración de las soluciones. ualquiera sea la forma de e#presar la concentración, esta referirá la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de disolvente o disolución. 2ado que estas cantidades pueden e#presarse en unidades de masa, cantidad de sustancia o volumen, la concentración de una disolución puede e#presarse de diferentes formas. $as definiciones de estas son &en las e#presiones se utiliza D8 soluto( d8 disolvente( 28 disolución'0 (orcentaje masa)masa* + m)m /#presa la masa de soluto por cada 9== gramos de disolución0
6or e5emplo, una solución de cloruro de sodio que se prepara disolviendo 9 g de esta sustancia en EE g de agua es una solución al 9F mGm. uando no se multiplica por 9== se obtiene la fracción másica o tanto por uno. Fracción molar ,,0 /s la relación entre el n@mero de moles de soluto disuelto y la suma de los moles de soluto y de disolvente0
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INDUSTARIAS ALIMENTARIAS ;sí la disolución anterior de +al tendrá fracción molar igual a0
Molalidad0 /s la relación entre la cantidad de moles de soluto y la masa de disolvente e#presada en Hg0
/ntonces la disolución mencionada de +al tendrá una molalidad0
(orcentaje volumen)volumen* + v)v /s la relación entre el volumen de soluto disuelto multiplicado por 9== y el volumen de la disolución, medidos a igual temperatura y presión.
;sí una disolución de diclorometano en cloroformo que contiene 9I= ml de diclorometano por cada litro de disolución es una disolución al 9I F vGv. ;l igual que el porcenta5e en masa si no se multiplica por 9== se obtiene la fracción volumétrica. Concentración m-sica /s la relación entre la masa de soluto y el volumen de la disolución0
6ara soluciones muy diluidas resulta conveniente utilizar como manera de e#presar la concentración de la solución en partes por millón, que definimos como0
en donde m% es el n@mero de gramos de soluto y m2 el n@mero de gramos de solvente. omo por lo general m% es muy pequello comparado con m2, esto se convierte en0
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INDUSTARIAS ALIMENTARIAS omo un litro de agua a temperatura ambiente pesa apro#imadamente 9=J mg, un mg de soluto en un litro de agua está en una concentración de alrededor de una ppm, o sea la concentración en ppm resulta equivalente a e#presar la concentración en mgG$.
2e manera similar se pueden e#presar las concentraciones en partes por billón.
Molaridad0 /#presa la cantidad de moles de soluto por litro de disolución.
Normalidad0 /#presa la cantidad de equivalentes8gramo de una sustancia que hay por litro de disolución0
/l equivalente gramo de una sustancia está relacionado con la cantidad de la misma que se involucra en una reacción. ;bordaremos posteriormente como se determina el equivalente gramo. /l término por ciento en masa se emplea com@nmente para e#presar la concentración apro#imada de los reactivos de laboratorio. 6ara soluciones muy diluidas es conveniente utilizar unidades de partes por millón o partes por billón. 6ara el estudio de las propiedades coligativas de las disoluciones y los cálculos de potenciales químicos se utilizan la fracción molar y la molalidad. $a molaridad y la normalidad son los términos de concentración que se utilizan con más frecuencia en los análisis cuantitativos y por ello serán vistos en mayor detalle. I Conclusiones
/ste tema es muy importante porque sin los conocimientos que se tienen acerca de las disoluciones, no se podría hacer más cosas con la materia prima, o con otros materiales, no se podría hacer materiales indispensables para nuestras vidas como el plástico, que e#isten muchos tipos de este material que se usa prácticamente para todo, bueno y así como este material e#isten muchos otros. /l estudio de las soluciones posee una gran importancia, ya que se puede decir que es la base de la industria alimentaria, por un sin n@mero de procesos y productos provienen de los compuestos entre solutos y disolventes. Un gran economía o perdida en la
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INDUSTARIAS ALIMENTARIAS industria, la representa el correcto estudio y mane5o de los reactivos de una solución, dado que al optimizar estos, depende el ahorro o el desperdicio de los mismos. /e0erencias biblio1r-0icas
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