Disoluciones, molaridad y propiedades coligativas: conceptos esenciales

Disolución y mezcla homogénea

Disolución: es una mezcla homogénea. Está formada por soluto y disolvente.

Componentes

• Soluto: es el componente que está en menor concentración (lo más caro).
• Disolvente: es el componente que está en mayor concentración, o aquello en lo que se disuelve el soluto.

Definición

La disolución: solutos + disolvente. Mezcla homogénea: es aquella en la que no se distinguen los componentes.

Concentraciones y expresiones cuantitativas

• Molaridad (M): moles de soluto / volumen (L) de disolución.
• Fracción molar: moles de soluto / moles totales.
• g/L: masa (g) de soluto / volumen (L) de disolución.
• Molalidad (m): moles de soluto / kg de disolvente.
• % en masa (%m): masa (g) de soluto / masa (g) de disolución × 100.
• % m/v: masa (g) de soluto / volumen (mL) de disolución × 100.
• Partes por millón (ppm) — masa: mg de soluto / kg de disolución.

Propiedades coligativas

Raoult estudió qué le sucede al disolvente cuando se le añade soluto y desarrolló las siguientes observaciones:

1. Disminución de la presión de vapor: disminuye el número de moléculas del disolvente en la superficie libre.
2. Aumento de la temperatura de ebullición.
3. Descenso de la temperatura de fusión: la temperatura de congelación de la disolución es más baja. Cuando a un disolvente le añadimos un soluto, aumentamos el intervalo del estado líquido del disolvente.
4. Presión osmótica: es la presión que hay que ejercer sobre la disolución más concentrada para impedir el proceso de ósmosis.

Ósmosis

Ósmosis: fenómeno por el que, al enfrentar dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana semipermeable, se produce el paso de disolvente desde la menos concentrada a la más concentrada hasta que ambas equilibran sus concentraciones.

Reacciones químicas

Reacciones químicas: son las transformaciones que sufren las sustancias mediante una reorganización de los enlaces de los reactivos para formar los productos.

Teorías sobre velocidad y mecanismo

• A. Teoría de las colisiones: para que se produzca una reacción es necesario que el choque entre moléculas sea eficaz, es decir, que tenga energía suficiente y orientación adecuada.
• B. Teoría del estado de transición: la reacción ocurre por una etapa intermedia; se rompen enlaces a la vez que se forman otros, formando un estado denominado estado de transición.

Conceptos relacionados

• Energía de activación: es la diferencia que hay entre los reactivos y el estado de transición.
• Ecuación química: es la representación de los reactivos y productos con sus coeficientes estequiométricos.
• Coeficientes estequiométricos: son los números que se colocan delante de cada compuesto.
• Rendimiento: es la relación entre la cantidad que se obtiene y la que teóricamente debía haberse obtenido.
• Riqueza / Pureza: cantidad de una sustancia pura que hay en una muestra.
• Reactivo limitante: es el que se termina antes.
• Reactivo en exceso: los que sobran.
• Reacción exotérmica: desprende calor.
• Reacción endotérmica: necesita calor / energía.

Expresión de una ecuación química

La manera de expresar una ecuación química incluye la energía que interviene en la reacción y los estados de materia de los compuestos que aparecen.

Preguntas frecuentes

¿Por qué disminuye la presión de vapor de una disolución con respecto a la del disolvente puro?

Las moléculas de soluto, al ocupar un lugar entre las del disolvente, impiden que tantas moléculas del disolvente pasen al estado gaseoso. Por ello la presión de vapor disminuye (ley de Raoult).

¿Cuál es la causa por la que disminuye el punto de congelación o aumenta el de ebullición de una disolución con respecto a su disolvente puro?

La causa es el descenso de la presión de vapor del disolvente como consecuencia de añadir un soluto. Por ello hay que enfriar más (T' < T de la fase sólida) para que la presión del líquido iguale a la de la fase sólida, y hay que calentar más (T' > T del disolvente puro) para que la presión iguale a la atmosférica. En otras palabras, la disminución de la presión de vapor obliga a modificar las temperaturas de cambio de fase: el punto de congelación desciende y el punto de ebullición aumenta.

Notas finales

Los conceptos anteriores están relacionados entre sí y son fundamentales para el estudio de las disoluciones, el equilibrio químico y la termodinámica de procesos en soluciones.