CAPÍTULO
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Profesor:
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Tema
Julio Oria
SISTEMAS DISPERSOS
CONCEPTO: Los sistemas dispersos son mezclas de dos o mas sustancias simples o compuestas en donde hay una fase dispersa o discontinua, que generalmente esta en menor cantidad y una fase dispersante o continua, que generalmente interviene en mayor proporción. Estas fases interactúan en menor o mayor grado según el tipo de sistema disperso que conformen. En el caso de soluciones, la fase dispersante se llama solvente y la fase dispersa se llama soluto. La fase dispersante o continua es homogénea y puede ser sólida, liquida o gaseosa; y la fase dispersa o discontinua, constituida por partículas que pueden ser de cualquier tamaño y estado. Ejemplo: Azúcar en agua, la fase dispersante: agua y la fase dispersa: azúcar. CLASIFICACIÓN:
Las propiedades y el comportamiento de las dispersiones dependen principalmente del tamaño y forma de las partículas dispersas. Debido a eso se clasifican en: soluciones, coloides y suspensiones.
OBSERVACIONES: -9 * 1 nm = 10 m * Respecto al diámetro (tamaño) de las partículas dispersas: Solución < coloide < suspensión
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SISTEMA COLOIDAL O DISPERSIÓN COLOIDAL Son sistemas dispersos cuyo diámetro de la partícula se halla en un rango 1-1000nm, esto le permite poseer una gran estabilidad, y no caer por efecto gravitatorio, lo cual en el caso de contaminantes es un problema para el medio ambiente. Las partículas coloidales pueden ser agregados moleculares, o macromoléculas como la hemoglobina cuya masa molar bordea los 64 000 uma, almidón, etc. PROPIEDADES GENERALES DE LOS COLOIDES: EFECTO TYNDALL Consiste en que un haz luminoso se hace visible cuando atraviesa un sistema
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coloidal. Este fenómeno se debe a que las partículas coloidales dispersan la luz en todas las direcciones haciéndola visible.
Coloide (dispersa la luz)
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Solución (no dispersa la luz)
MOVIMIENTO BROWNIANO Las partículas coloidales son impactadas por las moléculas del medio dispersante en todas las direcciones, provocando así el movimiento desordenado (zig zag). El movimiento browniano impide que las partículas coloidales se asienten o sedimenten.
TIPOS DE SISTEMAS COLOIDALES: De acuerdo a la afinidad con el medio:
Estos coloides se asemejan a las soluciones, es decir presentan una sola fase (sólida, liquida o gaseosa), donde cualquier punto de sus partes presenta las misma composición química y propiedades. Los componentes se mezclan en proporciones variables. Liofilos (que aman al medio dispersor): Cuando su compatibilidad con el medio dispersante es muy estable. Si el medio dispersante es el agua se denominan Hidrofilos. Ejemplo: Gelatina en agua. Liofobos (que odian al medio dispersor): En este caso la partícula coloidal posee poca afinidad por el medio dispersante, por lo que requiere para su estabilidad un aditivo llamado emulsificante. Si el medio dispersante es el agua se denominan Hidrofobos. De acuerdo al estado de agregación de la fase aparente:
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Química FASE APARENTE
LIQUIDA
SOLIDA
FASE DISPERSORA
LIQUIDA
SOLIDA
FASE DISPERSA
NOMBRE TIPO
Sólido
Sol líquido o gel
Líquido
Emulsión Líquida (emulsión)
Gas
Espuma líquida (espuma)
Sólido
Sol sólido
Líquido
Emulsión sólida
Gas
Espuma sólida
Sólido GASEOSA
GASEOSA
Líquido Gas
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Aerosol Sólido Aerosol Líquido --------------------
Julio Oria Ejemplos Pintura, engrudo, jalea, gelatina, oro coloidal Mayonesa, leche, asfalto, crema para el rostro, etc Nata batida, espuma de cerveza, espuma de afeitar.
Diamante negro, piedras preciosas, zafiro, etc Queso, mantequilla, etc. Piedra pómez, esponja, tecnopor, lava, hule
Humo, polvos, virus en aire, etc. Niebla, spray, nube, rocío Ninguno (ya que todos los gases son solubles entre sí)
SOLUCIONES Es un sistema químico homogéneo (sistema monofásico), en el que cualquier parte elemental de su volumen (su parte mínima) posee una composición química y propiedades idénticas. Resulta de mezclar dos o más sustancias en proporciones variables. Componentes:
* Soluto: Es la sustancia que se dispersa homogéneamente a nivel atómico, iónico o molecular y casi siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en peso o en volumen. * Solvente o Disolvente: Es la sustancia que disuelve o dispersa al soluto y generalmente se encuentra en mayor proporción. Si el solvente es el agua se le llama solución acuosa. Características: - Existen solventes: A) Polares: agua, alcohol etílico, amoniaco, etc. B) Apolares: benceno: C6H6, tetracloruro de carbono: CCl4, ciclohexano: C6H12, disulfuro de carbono: CS2, etc.
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CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES:
1 Por su estado físico:
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Química TIPO DE ESTADO FÍSICO ESTADO ORIGINAL SOLUCIÓN DEL SOLVENTE DEL SOLUTO
LIQUIDA
SOLIDA
GASEOSA
Líquido
Sólido
Gas
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Ejemplos
Sólido
NaCl en H2O (salmuera) I2 en C2H5OH (alcohol yodado)
Líquido
CH3COOH en H2O (vinagre) C2H5OH en H2O (aguardiente)
Gas
CO2 en H2O (agua gasificada) O2 en H2O de río, lago, etc.
Sólido
Aleación: C en Fe (acero), Zn en Cu (latón), etc.
Líquido
Hg en Ag (amalgama dental) Hg en Au (amalgama de oro)
Gas
H2 en Pd (oclusión de H2 en Pd) H2 en Pt (oclusión de H2 en Pt)
Sólido
I2 en aire C10H8 (naftalina) en aire
Líquido
H2O en aire (aire húmedo) gasolina en aire CH3HS en C3H8 (gas doméstico) O2 en N2 (aire artificial)
Gas
El solvente determina el estado físico de la solución. 2
Por la conductividad eléctrica:
- Solución Iónica, el soluto se halla disociado en partes iónicas debido al proceso de solvatación; son conductoras de la corriente eléctrica. Ejemplo: NaCl(ac), HCl(ac), HNO3(ac), H2SO4(ac), NaOH(ac), KOH(ac), CaCO3(ac)
- Solución Molecular, el soluto no se ha disociado en iones, pero está disperso debido al proceso de solvatación; no son conductoras de la corriente eléctrica. Ejemplo: C6H12O6(ac), C2H5OH(ac), CH3COOH(ac) 3
Por la cantidad de soluto disuelto:
A) Solución diluida (sto << ste), contiene una cantidad pequeña de solutos y por ello son algo cristalinas. Ejemplo: agua potable, agua oxigenada (3% de H2O2), suero (6% de glucosa o dextrosa), etc. B) Solución concentrada, son aquellas que presentan una apreciable cantidad de soluto. Ejemplo: Acido Muriático (37% HCl en peso), agua regia (75% HCl y 25% HNO3 en Vol), etc. C) Solución saturada, son aquellas que contienen disuelta la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de solvente a una temperatura determinada. Es decir, si agregamos algo más de soluto, se quedara si disolver. Los valores de este tipo de solución, se tabulan en tablas. Así por ejemplo: Tabla para 100g de agua:
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A 15ºC por cada 100g de agua, se disuelve como máximo 20g de sal (KNO3). Si luego se añade más sal esta quedará sin disolverse. D) Solución sobresaturada o hipersaturada, son aquellas soluciones que habiendo estado saturadas, logran admitir soluto adicional, generalmente ello es posible realizarlo con ayuda de incremento de la presión o con calentamientos suaves o ligeros. Ejemplo: a una solución saturada de azúcar le echas una cucharada de azúcar y lo calientas (se forma caramelo), mezclar el CO2(g) y el agua pura a elevada presión (bebidas carbonatadas o gaseosas). Son inestables porque cuando se dejan reposar o se provoca una pequeña agitación, el exceso tiende a precipitar y se forma una solución saturada. Es por eso que deben utilizarse al instante para el fin al que han sido preparadas.
Diluida
Concentrada Saturada
Sobresaturada
Aumenta la cantidad de soluto
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SOLUBILIDAD (S)
¿Cómo los químicos pueden predecir la formación de un precipitado cuando se añade un compuesto a una disolución o cuando se mezclan dos disoluciones? Pues conociendo su solubilidad. La solubilidad de un soluto es una concentración física que nos indica cuantos gramos de soluto como máximo se pueden disolver a una temperatura determinada, en un volumen o peso conocido de solvente. Por lo tanto la solubilidad nos indica la concentración de una solución saturada. En forma convencional, la solubilidad se define como el peso máximo de soluto que se disuelve en 100g de disolvente, a una temperatura determinada. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera: T°C
Ssto
= Wmáx disuelto(sto) 100g (ste)
* Factores que afectan la solubilidad: - En casos generales, la solubilidad de un soluto sólido en disolventes líquidos aumenta al elevarse la temperatura. Ejemplo:
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La Solubilidad, también depende de la naturaleza del soluto y del solvente. ¤ Proceso de disolución: Concentración de una solución (C): La concentración determina las propiedades de una solución. Indica la cantidad de soluto (masa, volumen, número de moles, #equiv, etc.) contenidos en una determinada cantidad de solución o una determinada cantidad de solvente, así:
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C = cantidad de soluto cantidad de solución
o C = cantidad de soluto
cantidad de solvente
¤ Unidades de concentración: Para este análisis se supondrá que el soluto es un líquido o un sólido y el disolvente es un líquido. A) Concentraciones expresadas en unidades Físicas: El valor de estas unidades no depende de la naturaleza de las sustancias que forman la solución (soluto, solvente). * Porcentaje en masa o peso (%W):
* Porcentaje en volumen (%V):
%Wsto = Wsto x 100% Wsol %Vsto = Vsto x 100% Vsol
Ejemplo: si tenemos una solución al 10% en volumen de HCl esto quiere decir que por cada 100 ml de solución 10 ml son de HCl. * Otras formas físicas antiguas de expresar las concentraciones: - Porcentaje de peso en volumen:
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%W/V = _Wsoluto x 100% Vsolución - Partes por millón (ppm): Se emplea frecuentemente para indicar la concentración de soluciones muy diluidas # ppm = _Wsoluto (mg) Wsolución (Kg) Donde 1ppm = 1mg/L B) Concentraciones expresadas en unidades Químicas: Son todas aquellas unidades de concentración en las que interviene la masa molar del soluto por lo que es necesario conocer la estructura química del soluto. * Molaridad (M): de una solución es…. M = nSto mol M = 10x%WStoxDSol VSol L M .
Sto
D: Densidad (g/mL) Nota: - Para solutos iónicos, en vez de molaridad se utiliza el término Formalidad (F). * Normalidad (N): de una solución es…
N = #Eq-gsto Vsol (L)
Donde:
N = M.
COMPUESTO Óxido
Doble del # oxígenos # H ionizables
Ácido Hidróxido
# de iones OH
Sal Radical
/Carga total del catión/ Carga del ión # e- transferidos
Redox
Nota: Tanto la molaridad como la normalidad son unidades que dependen de la temperatura para su preparación. * Molalidad (m): de una solución es….
m=
nsto Wste (Kg)
m=
%Wsto x 103 (100% - %WSto)xMSto
* Fracción Molar (fm): de una solución es
fmsto = nsto nsol fmste = nste nsol
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Se cumple: fmsto + fmste = 1
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- Equivalencias: 1 litro= 1000 ml = 1000cm3 = 1000 c.c ¤ Casos tipo en soluciones: A) diluir una solución, consiste en disminuir la concentración de una solución valorada (solución cuya concentración se conoce) agregando una determinada cantidad de solvente (generalmente agua), obteniéndose una nueva solución, cuya concentración evidentemente es menor. La cantidad de soluto permanece constante. H 2O
Se cumple: * Wsto(1) = Wsto(2) * nsto(1) = nsto(2) .
C1 V1 Se cumple:
C: concentración (molar o normal)
C2 V2 = V1 + VH2O C1.V1 = C2.V2 C 1 > C2
B) mezcla de soluciones, implica unir 2 o más soluciones de un mismo soluto, cada una a distintas concentraciones
C) Titulación ácido-base (neutralización) Se da generalmente entre un ácido fuerte y una base fuerte. ácido + base sal + H2O Donde se cumple: # Eq-g (ácido) = # Eq-g (Base) = # Eq-g (sal) Nácido.Vácido = Nbase.Vbase = Nsal.Vsal Ejemplo: HCl + NaOH NaCl + H2O # Eq-g (HCl) = # Eq-g (NaOH) = # Eq-g (NaCl) NHCl.VHCl = NNaOH.VNaOH = NNaCl.VNaCl ¤ Soluciones valoradas: En el estudio cuantitativo de las reacciones químicas en el laboratorio, especialmente cuando se realizan análisis de muestras desconocidas, los químicos emplean generalmente soluciones de concentración conocida preparadas con exactitud. El proceso de análisis cuantitativo de una sustancia se denomina valoración y las soluciones empleadas para este fin se conocen como soluciones valoradas, o también “soluciones Standard” o “soluciones tipo”.
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En la preparación de una solución valorada deberá calcularse previamente la cantidad de soluto a disolverse en un volumen medido del solvente, o que deberá estar contenida en un volumen total de solución determinado de antemano. La cantidad de soluto con que se prepara una solución valorada se puede medir en unidades físicas (gramos) o en unidades químicas (moles o equivalentes).
PROPIEDADES COLIGATIVAS O COLECTIVAS DE LAS SOLUCIONES ¤ Introducción: Algunas propiedades de las soluciones dependen del tamaño de las partículas; otras, del tipo de soluto o de la naturaleza del solvente y del número de partículas disueltas. Se consideran importantes porque permiten determinar la masa molecular y la concentración de una solución de un soluto. ¤ Concepto: Las propiedades coligativas son aquellas propiedades físicas que dependen únicamente de la concentración del soluto, es decir, de la cantidad de partículas de
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