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UNIDAD 6

CONTENIDOS SOLUCIONES. Tipos de soluciones. Expresin de concentracin de las soluciones. Soluciones porcentuales. Soluciones molares. Soluciones normales. Fraccin molar. PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES. Presin de vapor de las soluciones. Punto de ebullicin y congelacin de las soluciones. Osmosis y presin osmtica. Conductibilidad elctrica de las soluciones acuosas. Propiedades coligativas de las soluciones electrolticas. EQUILIBRIO QUIMICO.

INTRODUCCIN

El estudio de las soluciones tiene gran relevancia en los seres vivos. Estn presentes en

cada espacio biolgico, dentro de las clulas o relacionadas entre s a travs de las

membranas celulares, con el espacio intersticial o con el medio ambiente. Cada solucin

biolgica posee una determinada composicin y relacin soluto-solvente caracterstica.

Las modificaciones de estas soluciones nos proveen indicios de trastornos en el tejido o

rea que se encuentren. Por ejemplo: se pueden estudiar soluciones provenientes de

secreciones salival, biliar, pancretica, etc.; lquidos biolgicos como plasma sanguneo,

lquido pleural, lquido cfalo-raqudeo, o excreciones como orina y materia fecal.

SOLUCIONES

Definicin y Clasificacin

Solucin es un sistema material conformado por dos o ms sustancias. El que est en

mayor proporcin se denomina solvente y la/s sustancia/s incorporadas, generalmente

en menor cantidad, se denominan soluto. Es un sistema homogneo, fraccionable y

de composicin qumica variable. Los trminos solucin, disolucin y mezcla

homognea suelen utilizarse como sinnimos.

La sustancia en cuyo seno se dispersan las otras se considera la fase continua o

dispersante, mientras que las partculas a ella incorporadas constituyen la fase dispersa.

Cualquier sustancia puede ser solvente, siempre que pueda disolver en su interior a

otras. En los sistemas biolgicos el solvente por excelencia es el agua.

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De acuerdo con el estado fsico de los constituyentes del sistema pueden obtenerse los

siguientes tipos de mezclas:

Soluto Solvente Ejemplos

Slido Slido Aleaciones (oro 18 K :oro 24 K + cobre)

Slido Lquido Soluciones salinas (agua y NaCl)

Lquido Lquido Bebidas alcohlicas ( etanol y agua )

Lquido Slido Amalgama Hg y Ag

Gas Slido Roca volcnica

Gas Lquido Agua carbonatada (soda)

Gas Gas Aire ultrafiltrado

Es conveniente distinguir dos grandes tipos de dispersiones: las mezclas heterogneas o

dispersiones groseras y las mezclas homogneas.

Mezclas heterogneas:

Se pueden considerar dos tipos de mezclas heterogneas: dispersiones groseras o

macroscpicas y dispersiones coloidales o coloides. Las propiedades fsicas de los

componentes individuales no se modifican al formar la dispersin, la mezcla se comporta

como una simple adicin de sus constituyentes. Por este motivo se pueden diferenciar

las fases de los constituyentes de la mezcla.

Se pueden distinguir dos tipos de mezclas heterogneas o dispersiones:

a- Dispersiones groseras o suspensiones o mezclas: A simple vista, con la ayuda de

una lupa o microscopio comn, se pueden distinguir las partculas dispersas. El

soluto posee partculas que tienen un dimetro mayor a 100 nm (1 nm = 10-9

m).

Es una caracterstica que sean inestables, los componentes tienden a separarse

con el paso del tiempo y el efecto de la gravedad. Por ejemplo: dispersiones muy

inestables son aquellas que poseen una de las fases en estado lquido o gaseoso.

Los componentes de este tipo de mezclas pueden ser separados mediante

recursos mecnicos, tales como: sedimentacin, filtracin, centrifugacin,

decantacin, etc.

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b- Dispersiones coloidales o coloides: En dispersiones coloidales las partculas

dispersas pueden ser detectadas con un ultramicroscopio. De manera tal que,

observadas con este medio ptico, los coloides son mezclas heterogneas. En

ellas las partculas dispersas poseen un dimetro entre 1 y 100 nm (1 nm = 10-9

m). Son muy estables y no pueden ser separadas las fases por medios mecnicos

comunes, pero pueden sedimentar si se las somete a enormes fuerzas

centrfugas (ultracentrifugacin).

En los seres vivos, las sustancias cuyas molculas tienen grandes dimensiones

(macromolculas), como protenas, cidos nucleicos y otros polmeros (poli:

muchos, meros: partes), forman soluciones coloidales cuando se las dispersa en

una fase continua adecuada. Los coloides tienen propiedades fsico-qumicas muy

especiales que no sern tratadas en este captulo. Pero es de estacar el inters

de estos sistemas, ya que gran parte de las molculas constituyentes de los seres

vivos forman este tipo de dispersiones.

Mezclas homogneas:

Se usan como sinnimos los trminos: dispersiones homogneas, soluciones,

soluciones verdaderas o disolucin. En las cuales las partculas incorporadas en la

fase continua tienen un dimetro comprendido entre 0 y 1 nm (1 nm = 10-9

m). Este

tamao est en el lmite de la resolucin del microscopio electrnico, por ello no es

posible distinguir los componentes de la mezcla con recursos pticos (ultramicroscopio).

Las propiedades fsicas de la mezcla homognea son diferentes a las propiedades

fsicas que posean los componentes individualmente. Son muy estables. Sus

constituyentes pueden aislarse mediante mtodos de fraccionamiento, tales como:

cristalizacin, evaporacin, destilacin; obtenindose los componentes con sus

propiedades individuales caractersticas.

De acuerdo a la naturaleza fsico-qumica de las partculas dispersas en la disolucin, se

pueden distinguir dentro de las soluciones verdaderas:

a- Soluciones moleculares: Son disoluciones en las cuales las partculas dispersas

son molculas enteras. Si el solvente es agua, la interaccin que se establecer

con el soluto ser de carcter polar (dipolo-dipolo o puente hidrgeno). Por

ejemplo: urea en agua, glucosa en agua, alcohol en agua.

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b- Soluciones electrolticas: Las partculas dispersas son iones, es decir, poseen

carga elctrica. Tienen la propiedad de conducir la corriente elctrica. En general,

todas las soluciones salinas, bsicas y cidas pertenecen a esta categora. Si el

solvente es agua, la interaccin que se establecer con el soluto ser de carcter

polar (in dipolo). Por ejemplo: sal (cloruro de sodio) en agua, hidrxido de

potasio en agua, cido clorhdrico en agua.

c- Disoluciones atmicas: Comprenden a las aleaciones de metales al estado

elemental, por ejemplo: el cobre y el estao forman una aleacin que se

denomina bronce.

Componentes de las Soluciones

En la formacin de una solucin deben participar, al menos, dos componentes

(soluciones binarias). Aquellas constituidas por ms de dos componentes se denominan

soluciones complejas. En general, el componente que se encuentra en mayor proporcin

se lo denomina dispersante, disolvente o solvente; y a la/s sustancia/s incorporada/s

en el solvente, se los denomina soluto/s.

En la mayora de las soluciones, el solvente se presenta en mayor proporcin que el

soluto, pero en algunos casos no resulta clara la diferenciacin entre soluto y solvente.

Por ejemplo: si se disuelven 10 g de cido sulfrico en 90 g de agua, tendremos una

solucin en la cual el agua aparece claramente como solvente; pero si se dispersan 60 g

de cido sulfrico en 40 g de agua, el cido predomina en la solucin. Sin embargo, en la

prctica, ambas soluciones son consideradas soluciones acuosas de cido sulfrico.

Cualquier sustancia puede ser considerada como solvente en tanto tenga capacidad

para incorporar a otras en su seno. El solvente general, en los sistemas biolgicos es el

agua, sustancia que posee caractersticas muy particulares, que la convierten en un

vehculo muy eficiente de los miles de compuestos que constituyen los seres vivientes.

Como se ha visto en la Unidad IV, en el agua los dos hidrgenos estn unidos al oxgeno

por enlaces covalentes polares simples, que forman entre s un ngulo de 104,5. Esta

disposicin espacial de los enlaces hace que la molcula de agua sea un dipolo. Esta

polaridad la convierte en un solvente muy eficaz para dispersar e interactuar con otras

molculas polares.

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Los distintos tipos de mezclas: soluciones, coloides y suspensiones groseras aparecen

con frecuencia en la vida cotidiana. El aire que se respira, lo que se come, se bebe, los

medicamentos, las clulas, etc. se relacionan con estos sistemas. Al considerar

suspensiones farmacolgicas, la sangre, el aire, se comprueba que en ellos coexisten

soluciones, coloides y suspensiones. En la sangre por ejemplo la glucosa, urea, NaCl y

otras sustancias se encuentran en solucin; las protenas y los lpidos forman coloides;

los glbulos rojos, glbulos blancos y las plaquetas se encuentran suspendidos. Al

dejar en reposo sangre con anticoagulante los glbulos y plaquetas sedimentan y se

separan del plasma. Si al plasma le agregamos un cido, las protenas en los coloides

se desestabilizan y precipitan.

Estas dispersiones coloidales pueden presentar un aspecto lechoso o nebuloso,

algunas son transparentes a simple vista, pero todas permiten observar la trayectoria

de un haz de luz que atraviesa la dispersin, este fenmeno es el efecto Tyndall y se

debe a que las partculas dispersas son lo suficientemente grandes como para

dispersar y reflejar la luz hacia los lados.

Teniendo en cuenta la afinidad de la fase dispersa con el medio dispersante

consideramos dos tipos de dispersiones coloidales:

- Hidroflicas (tienen afinidad por el agua) son aquellos que poseen las superficies de

sus micelas con cargas, por ello interaccionan fcilmente con el agua. El solvente que es

el agua forma una capa de hidratacin protectora, impidiendo que se junten micelas y

que la fase dispersa se separe del medio dispersante. Ejemplos:

Albmina en agua

Hemoglobina en agua

Almidn en agua, etc.

- Hidrofbicas (no poseen afinidad por el agua) no pueden existir en disolventes polares

sin la presencia de agentes emulsionantes, stos recubren las partculas de la fase

dispersa para que las micelas puedan interaccionar con el agua y no precipiten o se

separen del medio dispersante. Los jabones, protenas, lecitina, tanino son algunos

ejemplos de sustancias emulsionantes. Ejemplos:

Aceite, jabn y agua.

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En la leche las grasas se encuentran recubiertas con casena (sustancia emulsionante), que es una protena.

Las grasas y aceites contenidos en los alimentos son emulsionados gracias a las sales biliares para su digestin, etc.

Adems del tamao de la partcula y el efecto ptico, las dispersiones coloidales tienen

otras propiedades peculiares: efecto de movimiento, efecto de carga elctrica y efecto de

adsorcin.

Efecto Tyndall (efecto ptico): se produce por reflexin y refraccin de la luz, es la

dispersin de las ondas luminosas que se hacen visibles como puntos brillantes sobre un

fondo oscuro.

Efecto de movimiento: es el movimiento browniano, tipo zig-zag, al azar en todo el

medio dispersante, observado en un microscopio especial.

Efecto de carga elctrica: las partculas coloidales de determinada clase tienen el

mismo signo de carga en exceso. Debido a que cargas iguales se repelen entre s, las

partculas coloidales se repelen unas a otras, esto y el movimiento browniano estabiliza

el sistema porque impide que las micelas se junten y precipiten.

Efecto de adsorcin: las fuerzas entre las especies materiales que constituyen un

slido no estn compensadas en su superficie y por ello pueden unirse a sta tomos,

iones o molculas existentes en el medio. La cantidad de sustancia que puede adsorber

un cuerpo depende de la superficie que expone el mismo, como las partculas coloidales

son muy pequeas la superficie total es muy grande.

EXPRESION DE CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES

Concentracin es la relacin existente entre la cantidad de soluto y la cantidad de

solucin o solvente.

Solubilidad es la cantidad mxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad

dada de solvente a una determinada temperatura.

Los factores que afectan la solubilidad son:

a) Superficie de contacto: La interaccin soluto-solvente aumenta cuando hay

mayor superficie de contacto y el soluto se disuelve con ms rapidez.

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b) Agitacin: Al agitar la solucin se van separando las capas de disolucin que se

forman del soluto y nuevas molculas del solvente continan la disolucin

c) Temperatura: Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las

molculas del soluto y hace que la energa de las partculas del slido sea alta, lo

cual favorece su disolucin.

d) Presin: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional

Frecuentemente se usan los trminos diluida o concentrada para indicar que la

cantidad relativa de soluto es muy pequea o muy elevada respectivamente. Sin

embargo, este tipo de expresin slo tiene un valor relativo; todo lo que se puede decir

es que, una solucin es ms o menos diluida o ms o menos concentrada que otra.

Otra expresin es la de solucin saturada. La capacidad de un solvente para incorporar

un soluto tiene, en general, un lmite. Se dice que una solucin es saturada cuando el

solvente ha incorporado la mxima cantidad posible de soluto. La cantidad de soluto

necesario para saturar determinado volumen de solvente vara de una sustancia a otra y,

para una misma sustancia, vara con la temperatura. La solubilidad aumenta al ascender

la temperatura, en la mayora de los casos.

Las soluciones que contienen menor cantidad de soluto de la que podran admitir, se

denominan insaturadas. En ciertas condiciones, es posible incorporar ms sustancia

que la correspondiente al lmite de saturacin; se dice entonces que la solucin es

sobresaturada. Las soluciones sobresaturadas son inestables, pues el exceso de soluto

tiende a separarse y precipitar.

En qumica es necesario precisar las relaciones exactas entre cantidades de soluto y

solvente. Para ello pueden utilizarse diferentes tipos de expresin de concentracin:

porcentajes, expresiones en parte por milln, molaridad, molalidad, fraccin molar, etc.

Soluciones Porcentuales

Indican la cantidad de soluto, en masa o volumen, en relacin a 100 partes de la solucin

o del solvente.

100

Pueden referirse a porcentaje de masa en masa (% M/M), porcentaje de masa en

volumen (% M/V) o porcentaje de volumen en volumen (% V/V).

Si se expresa que tiene una solucin de KCl al 8 % (M/M), se quiere indicar que contiene

8 g de KCl por cada 100 g de solucin.

Si se expresa la concentracin de KCl como 8 % (M/V), hay 8 g de KCl por 100 mL de

solucin o por dL (decilitro) de solucin (1 dL = 0,1 L = 100 mL).

Las diferencias en expresar concentraciones en % M/M o % M/V radica en el hecho de

que el volumen cambia con la temperatura, mientras la masa no. Por eso, cuando se dan

concentraciones en % M/V, habra que consignar la temperatura a la cual la solucin fue

preparada.

Cuando el soluto es lquido, resulta prctico dar la relacin de volmenes de soluto y

solvente. As, podra referirse una solucin de metanol en agua como 1:100, lo cual

indica que contiene una parte de metanol en volumen, ms 100 partes de agua. En

cambio, si decimos que la solucin de metanol es 1 % V/V, la concentracin es de 1 mL

de metanol cada 100 mL de solucin.

Soluciones Molares

Molaridad (M) es la concentracin expresada en moles de soluto por litro de solucin.

Esta relacin corresponde a la siguiente expresin: Moles

M = Volumen (L) (L) litros

Se define que mol o molcula gramo es la cantidad de una sustancia expresada en

gramos, igual a su peso molecular. El peso molecular de una sustancia se obtiene

sumando los pesos atmicos de todos los tomos que forman la molcula.

Ejemplo: 1 mol de glucosa (C6H12O6) es (12 x 6) + (1 x 12) + (16 x 6) = 180 g.

1 mol de nitrato de plata (NO3Ag) es 14 + (16 x 3) + 107,87 = 169,87 g.

101

Es importante recordar que en 1 mol de cualquier sustancia covalente existe un nmero

fijo de molculas, 6,023 x 1023

o nmero de Avogadro (NA). Si el compuesto es inico,

en un mol de la sustancia existe un NA de unidades frmulas.

La cantidad de moles existentes en una masa dada de sustancia se calcula con la

relacin

masa (g) n de moles = PM (g/mol) PM : peso molecular

Una solucin 1 molar es la que contiene 1 mol de soluto por litro de solucin y se indica

con la notacin 1 M. Se prepara agregando solvente a 1 mol de soluto hasta que el

volumen de la solucin llegue a 1 litro.

Ejemplos:

- 98 g de H2SO4 (1 mol de cido sulfrico) disueltos en agua hasta completar un litro de

solucin, genera una solucin 1 M.

- Solucin 2 molar (2 M) de hidrxido de bario es la que contiene dos moles de hidrxido

de bario por litro de solucin.

- Solucin 0,1 M de HNO3, es la que contiene la dcima parte de un mol de cido ntrico

por litro de solucin.

masa (g) PM (g/mol) masa (g) Molaridad (M) = = (1)

Volumen (L) PM (g/mol) x Volumen (L)

Esta frmula permite calcular fcilmente la molaridad de una solucin conociendo la

masa de sustancia disuelta y el volumen final de la solucin.

Por pasaje de trminos en la ecuacin (1):

masa (g) = M (moles/L) x PM (g/mol) x Volumen (L)

Esta frmula permite calcular la masa de soluto presente en un volumen dado de

solucin si se conoce su molaridad.

102

Tambin de (1) se deduce que: masa (g) volumen (L) = PM (g/mol).M (moles/L)

De este modo se puede calcular el volumen final de una solucin de determinada

molaridad que puede prepararse partiendo de una masa de soluto conocida.

Soluciones Molales

Molalidad (m) es la concentracin expresada en moles de soluto por 1000 g de

solvente.

La molalidad (m) corresponde a la relacin: moles soluto Molalidad (m) = masa solvente (Kg)

Ejemplo: Una solucin 1 molal (la notacin es 1 m) de cido sulfrico es la que contiene

1 mol de este compuesto (98 g) por cada 1000 g de agua. Se prepara disolviendo 98 g

de cido sulfrico en 1 kg de agua.

Utilizando el mismo razonamiento aplicado en las ecuaciones relativas a soluciones

molares, se obtienen las siguientes frmulas para molalidad (m):

masa soluto (g) m =

PM (g/mol) x masa solvente (Kg)

masa soluto (g) = m (moles/Kg) x PM (g/mol) x masa solvente (Kg)

masa soluto (g) masa solvente (Kg) =

PM (g/mol) x m (moles/Kg)

El expresar el solvente en peso (molalidad), en lugar de hacerlo por volumen de solucin

(molaridad), tiene la ventaja de que, como el peso es independiente de la temperatura, la

103

concentracin se mantiene cualquiera sea la temperatura ambiente. En cambio, como el

volumen es afectado por la temperatura, es necesario consignar la temperatura de

preparacin y de uso para las soluciones molares. A pesar de esto, debido a que en la

prctica qumica es ms frecuente utilizar unidades de volumen para el manejo de

soluciones, son ms empleadas las soluciones molares.

Soluciones Normales

Normalidad (N) es la concentracin expresada en equivalentes gramo de soluto

por litro de solucin.

Equivalente gramo es la cantidad de sustancia capaz de reaccionar con o de desalojar

a 1 tomo gramo (1 g) de hidrgeno, o medio tomo gramo (8 g) de oxgeno, o un tomo

gramo de un in monovalente.

Para poder calcular el equivalente gramo de una sustancia debe conocerse la reaccin

en la cual ha de participar, pues un mismo reactivo puede actuar con diferentes

equivalentes, dependiendo de la reaccin en consideracin: neutralizacin, precipitacin,

redox, etc.

Se calcula el equivalente gramo dividiendo la cantidad que corresponde a un mol de

sustancia por la valencia funcional (con la cual acta en la reaccin). La notacin para

equivalente es Eq y se puede leer como peso equivalente gramo, peso equivalente o

equivalente qumico. El equivalente gramo se toma como unidad qumica

reaccionante. Toda reaccin se produce equivalente a equivalente.

mol H2CO3 62

H2CO3 + H+ + HCO3

- (valencia : 1) 1 Eq = = = 62 g

valencia 1

H2CO3 + 2 H+ + CO3

2- (valencia : 2) 1 Eq = 62 = 31 g 2

mol H3PO4 98

H3PO4 + 3 H+ + PO4

3- (valencia : 3) 1 Eq = = = 32,7 g valencia 3

mol NaOH 40

NaOH + Na+ + HO

- (valencia : 1) 1 Eq = = = 40 g valencia 1

104

mol Al(OH)3 78

Al(OH)3 ------ Al3+

+ 3 OH- (valencia : 3) 1 Eq = = = 26 g

valencia 3

En el caso de las sales, la valencia funcional corresponde al nmero total de

aniones o de cationes que liberan al disociarse multiplicado por la carga de cada uno de

esos iones.

mol FeSO4 152

FeSO4 Fe+2

+ SO42- (valencia : 2) 1 Eq = = = 76 g

valencia 2

mol Fe2(SO4)3 400

Fe2(SO4)3 + 2 Fe+3

+ 3 SO42- (valencia : 6) 1 Eq = = = 66,7 g

valencia 6

Para sintetizar el clculo del equivalente gramo en la siguiente frmula: PM (g/mol)

N de equivalentes (Eq) = Valencia

Si se desea calcular los equivalentes de sustancia presentes en una determinada

muestra, se divide la masa de sustancia (en g) por el valor del equivalente gramo.

masa de sustancia (g) masa (g) x valencia

N Equivalentes (Eq) = =

PM (g/mol) / valencia PM (g/mol) Para calcular concentracin en equivalentes por litro, cuya expresin es normalidad (N):

masa (g) x valencia

PM (g/mol) masa (g) x valencia

N = Eq / L = = (2)

volumen (L) PM (g/mol) x volumen (L) A partir de esta frmula pueden calcularse la masa de soluto o el volumen de solucin, conociendo los otros trminos:

Eq / L x PM (g/mol) x volumen (L)

masa (g) = valencia

masa (g) x valencia

volumen (L) =

PM (g/mol) x Eq / L

105

Por otro lado, como masa (g) / PM (g/mol) x volumen (L) es la expresin de la

concentracin en molaridad, podramos reemplazar en la frmula (2)

Eq /L

Normalidad (N) = Eq / L = M x valencia y M = valencia

Solucin normal o uno normal (la notacin utilizada es 1 N), es aquella que posee un

equivalente gramo de soluto disuelto en un litro de solucin. Una solucin tres normal (3

N), tendr tres equivalentes de soluto por litro de solucin; una solucin 0,5 N, medio

equivalente de soluto por litro de solucin.

El uso de soluciones normales tiene la ventaja de que ellas se corresponden volumen a

volumen desde el punto de vista de su capacidad de reaccionar qumicamente. Por

ejemplo: 15 mL de solucin 0,8 N de cido clorhdrico neutralizarn exactamente a 15

mL de solucin 0,8 N de hidrxido de sodio y se formar cloruro de sodio y agua, sin que

quede exceso de ninguno de los reactivos.

El siguiente esquema muestra la relacin entre cantidades de soluto, solvente y solucin

para expresar las concentraciones en M, m y N:

106

Fraccin Molar

La fraccin molar (Xs) de uno de los componentes de una solucin corresponde a

la relacin entre el nmero de moles de ese componente con el nmero total de

moles existentes en la solucin (moles de soluto + moles de solvente)

As, una solucin de glucosa al 30 % (m/m) indica que la solucin est formada por 30 g

de glucosa y 70 g de agua. Para calcular la fraccin molar de cada uno de los

componentes se procede del siguiente modo:

masa (g)

N de moles = (PM glucosa : 180; PM agua : 18) PM (g/mol)

30 En 30 g de glucosa existirn = 0,17 moles 180 70 En 70 g de agua existirn = 3,89 moles 18

Por lo tanto, la fraccin molar de glucosa (Xglucosa) ser:

moles glucosa moles glucosa 0,17

Xglucosa = = = = 0,04

moles totales moles glucosa + moles agua 0,17 + 3,89 moles agua moles agua 3,89

Xagua = = = = 0,96

moles totales moles glucosa + moles agua 0,17 + 3,89

La fraccin molar siempre es un valor menor a la unidad. La suma de las fracciones

molares de todos los componentes de una solucin debe dar 1.

Al analizar lquidos biolgicos (sangre, lquido sinovial, lquido pleural, lquido cfalo-

raqudeo, etc.) se pueden usar otras expresiones de concentracin relacionadas con

solutos que se encuentran muy diludos en dicho material biolgico. Aunque se

recomienda usar las expresiones en moles / L, o en milimoles / L o nanomoles / L.

107

Ejemplos:

Glucemia (valor de referencia de glucosa en sangre): 70 110 mg / dL

Colesterolemia (valor de referencia de colesterol en sangre):menor a 200 mg / dL

Uremia (valor de referencia de urea en sangre): 15 40 mg / dL

PARA UNA SOLUCIN PODEMOS USAR DIVERSAS MANERAS DE EXPRESAR LA

CONCENTRACIN

6,13 g etanol x 100 g solucin

% M/M = = 12,26 % M/M 50,0 g solucin

6,13 g etanol x 100 mL solucin

% M/V = = 12 % M/V 51,1 mL solucin

7,77 mL etanol x 100 mL solucin

% V/V = = 15,20 % V/V 51,1 mL solucin

108

6,13 g etanol x 1000 mL solucin

g o/oo = = 120 g

o/oo

51,1 mL solucin ,133 mol etanol

M = = 2,60 M 0,0511 L solucin 0,133 mol etanol

m = = 3,034 m 0,04383 Kg de agua n moles etanol 0,133

Xsoluto = = = 0,052 n moles etanol + n moles agua 2,573 n moles de agua 2,44

Xsolvente = = = 0,948 n moles etanol + n moles de agua 2,573

NO SE DEBEN SUMAR VOLUMENES. En el caso de la mezcla agua + alcohol, se

produce una contraccin de volumen (3%). Se suman masas y se transforma en

volumen con la densidad de la solucin

109

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES

Las soluciones verdaderas poseen propiedades que, a veces, difieren notablemente de

las de sus componentes aislados. Existe un conjunto de esas propiedades, relacionadas

a la naturaleza del solvente y con el nmero de partculas de soluto disueltas en su

seno, a las cuales se les llama propiedades coligativas. Ellas comprenden la

disminucin de la presin de vapor, el aumento del punto de ebullicin, la

disminucin del punto de congelacin y la presin osmtica.

No influyen sobre estas propiedades el tipo de partculas disueltas (sean molculas

enteras, tomos o iones) ni el tamao de las mismas. Las propiedades coligativas

dependen del nmero de partculas de soluto contenidas en una masa determinada de

solvente y varan proporcionalmente a la concentracin de esas partculas. Por ejemplo

nmero de partculas de soluto contenidas en el agua, para el caso de soluciones

acuosas.

Disminucin de la Presin de Vapor de las Soluciones

La presin de vapor de un lquido puede medirse si se lo coloca en un recipiente cerrado.

La evaporacin de molculas del lquido alcanza un equilibrio cuando la presin de vapor

se hace equivalente a la tendencia a escapar de las molculas en el lquido.

Si en la fase lquida se disuelve un soluto no voltil, la presin de vapor disminuye. Este

fenmeno se debe al hecho de que la superficie de la solucin est constituida no slo

por molculas de solvente, sino que tambin existen molculas de soluto; en

consecuencia, el nmero total de partculas de solvente con probabilidad de evaporarse

ser menor que en el solvente puro.

Por otra parte, especialmente en las soluciones acuosas, las partculas del soluto

frecuentemente desarrollan atraccin sobre las del solvente y ello tambin dificulta su

escape al estado gaseoso.

La reduccin de la presin de vapor es tanto mayor cuanto mayor sea la concentracin

de soluto.

Raoult, en 1866, determin que la presin de vapor de una solucin (P') es igual a la

presin de vapor del solvente puro (P) multiplicado por la fraccin molar del solvente

110

(FMsolvente) en la solucin. Como la fraccin molar es siempre un valor menor que la

unidad, la presin de vapor resulta menor que la del solvente solo.

P' = P x FMsolvente

La siguiente figura muestra diagramas de fases para agua pura y para una solucin

acuosa. Puede apreciarse el efecto que causa el agregado de soluto sobre la presin de

vapor.

Fig. Diagramas de fase de agua (lnea llena) y de una solucin acuosa (lnea cortada). T1 y T2 :

temperaturas normales de ebullicin del agua pura y de la solucin respectivamente. T3 y T4 :

temperaturas normales de congelacin del agua pura y de la solucin. (Fuera de escala).

Aumento del Punto de Ebullicin

La temperatura en la cual la presin de vapor del lquido alcanza el mismo valor que la

presin atmosfrica se denomina punto de ebullicin de una determinada sustancia.

Cuando esa sustancia es combinada con otra para dar origen a una solucin, el punto de

ebullicin de la misma se modifica. Si consideramos lo dicho en el punto anterior de que

el agregado de soluto disminuye la presin de vapor del solvente, ser necesario

aumentar ms la temperatura para alcanzar la presin atmosfrica. En la figura se indica

la diferencia de temperatura entre los puntos de ebullicin del agua pura (T1) y de la

solucin (T2). Este fenmeno es conocido como elevacin ebulloscpica de las

soluciones, esta elevacin corresponde a la diferencia de temperatura de ebullicin del

111

lquido individual o aislado y la temperatura de ebullicin de la solucin. Tambin se usa

el trmino ascenso ebulloscpico para expresar esta diferencia.

En las soluciones acuosas, la modificacin de temperatura correspondiente al valor de la

elevacin del punto de ebullicin es 0,52 C por cada mol de partculas de soluto

disueltos en 1 kg de agua (0,52C/mol/kg).

ascenso ebulloscpico molal: 0,52C/mol/kg

Ejemplo: el agua pura tiene un punto de ebullicin normal (a 760 torr) de 100 C; una

solucin 1 m (molal) de glucosa tiene el punto de ebullicin, en las mismas condiciones

de presin, a 100,52 C (una variacin de + 0,52 C); una solucin 3 m de sacarosa

tendr su punto de ebullicin a 101,56 C (una variacin de + 1,56 C = + 0,52 x 3).

Disminucin del Punto de Congelacin de Soluciones

El punto de congelacin es una propiedad intensiva de cada sustancia. Dicha

caracterstica se modifica cuando la sustancia participa en la formacin de una solucin.

Experimentalmente se comprueba que el punto de congelacin de una solucin es ms

bajo que el del disolvente puro. La fig. 22 muestra esa diferencia (T3 y T4). Las curvas de

presin de vapor de las soluciones intersectan con la presin de vapor del hielo a

temperaturas tanto ms bajas cuanto ms concentrada sea la solucin.

Cada mol de partculas de soluto en un Kg de agua (como solvente ,solucin 1 m)

produce un descenso del punto de congelacin de 1,86 C.

descenso crioscpico molal: 1,86C/mol/kg

Ejemplo: Una solucin acuosa 1 m de cualquier sustancia congelar a -1,86 C; una

solucin 0,3 m congelar a - 0,56 C.

Esta proporcionalidad entre descenso crioscpico y molalidad permite determinar con

precisin la concentracin de partculas de soluto midiendo la temperatura a la cual

congela la solucin.

112

Osmosis y Presin Osmtica

El fenmeno de smosis est asociado al paso de solvente a travs de una

barrera selectiva o membrana semipermeable que relaciona dos soluciones de

diferente concentracin.

El pasaje de solvente se produce desde la solucin ms diluida a la ms concentrada.

Membrana semipermeable es una pelcula porosa que slo permite el paso del

solvente pero no el de los solutos dispersos en l. Ejemplos: pergamino, vejiga de

animales, membranas celulares, etc.

Las clulas del cuerpo humano se nutren por medio de procesos como la smosis. La

smosis tiene una gran importancia biolgica, sobre todo en aspectos relacionados con

la nutricin. En los vegetales, las races absorben sales minerales del suelo mediante

procesos osmticos. La membrana que rodea las clulas animales y vegetales tiene una

capa semipermeable. As, cuando la concentracin salina del medio que rodea a la

clula es mayor que la existente en el interior de la misma, sta pierde agua a travs de

la membrana. Si ocurre lo contrario, es decir, si la concentracin del interior celular es

mayor, pasar agua desde el exterior hacia el interior de la clula.

Un tipo especial de membranas, de poros ms grandes que los de las semipermeables,

son las membranas dialticas, que dejan pasar al solvente y a las partculas de solutos

en solucin verdadera (cristaloides), pero no a las que se encuentran en solucin coloidal

(de dimetro mayor de 1 nm). Esta propiedad se utiliza para separar coloides de cris-

taloides en soluciones complejas (dilisis). Son ejemplos de membranas dialticas de

celofn, la pared de los capilares sanguneos, etc.

Si en dos compartimientos separados por una membrana semipermeable se colocan

soluciones de distinta concentracin, se producir pasaje de solvente a travs de la

membrana, desde el compartimiento que contiene la solucin con menor cantidad de

soluto hacia la ms concentrada. Este fenmeno se denomina smosis y puede ser

demostrado con un simple dispositivo (fig. 10 A). Se cierra uno de los extremos de un

tubo de vidrio con una membrana semipermeable, se vierte en el tubo una solucin

acuosa de cualquier sustancia y se lo introduce en un recipiente con agua pura, de

manera que la membrana haga contacto con el agua. Se producir una elevacin del

113

nivel de lquido en el tubo hasta establecer una diferencia neta entre los niveles del agua

en el recipiente y de la solucin en el tubo (fig. 10 B).

Fig. 10. Dispositivo para demostrar el fenmeno de smosis

El ascenso del nivel en el tubo se detiene cuando la altura alcanzada por la columna

lquida es la suficiente para ejercer sobre la membrana una presin idntica a la fuerza

con la cual el agua tiende a ingresar en el tubo. Esta fuerza corresponde a la llamada

presin osmtica. En el dispositivo descripto, la altura que media entre el nivel de agua

en el recipiente y el de solucin en el tubo, nos da una medida de la magnitud de la

presin osmtica desarrollada.

El fenmeno es determinado por la diferencia entre las presiones de vapor del solvente

puro y de la solucin.

La proporcin de molculas con energa cintica suficiente como para escapar del lquido

es mayor en el agua pura que en la solucin. La membrana que separa ambos

compartimientos est sujeta a un "asedio" diferente por parte de las molculas de agua

en uno u otro lado. El "bombardeo" molecular es mucho ms intenso del lado del agua

pura. Como la membrana selectivamente deja pasar el solvente y no el soluto, las

molculas atraviesan desde el agua pura hacia la solucin o, tambin, desde una

solucin menos concentrada a otra que est ms concentrada, a favor de aquella

diferencia en energa cintica o tendencia al escape del solvente.

El valor de la presin osmtica depende de la concentracin molal del soluto (moles de

soluto por Kg de solvente) y de la temperatura absoluta del sistema. Para una solucin 1

114

m, el valor de la presin osmtica a 0 C es de 22,4 atmsferas, presin que

corresponde a 1 osmol o unidad presin osmtica. A 37 C, la presin es de 25,4 atm.

La presin osmtica se puede calcular con la siguiente frmula:

= C x R x T

, presin osmtica (en atm.) C: concentracin de soluto (moles/l) R: constante universal de los gases (0,082 atm.L.K

-1.mol

-1)

T: temperatura absoluta (K).

Cuando una membrana dialtica separa dos soluciones, puede observarse el fenmeno

osmtico si en uno de los compartimientos existen solutos coloidales en mayor con-

centracin que en el otro. Como los cristaloides difunden libremente a travs de la

membrana, sus concentraciones tienden a alcanzar un equilibrio a ambos lados de la

misma. La diferencia de presin osmtica entre los compartimientos es debida a la

desigual distribucin de coloides, lo cual provoca el paso de agua hacia el lado en el cual

la concentracin de partculas en dispersin es mayor.

CONDUCTIBILIDAD ELECTRICA DE LAS SOLUCIONES ACUOSAS

Segn tengan o no la propiedad de conducir la corriente elctrica, se distinguen dos tipos

de soluciones:

a- soluciones moleculares

b- soluciones electrolticas

Las soluciones moleculares son aquellas que, al igual que el agua pura, son muy

malos conductores de la corriente elctrica. En cambio, soluciones electrolticas son

buenas conductoras de la corriente elctrica.

En las soluciones moleculares las molculas del soluto se mantienen inalteradas cuando

se dispersan en el agua. Ejemplos: glucosa, sacarosa, urea, etc.

En las soluciones electrolticas, las molculas del soluto se encuentran separadas en

fragmentos cargados elctricamente, a los cuales se les denomina iones.

NaCl Na+ + Cl-

115

Este fenmeno de separacin de la molcula en iones se interpreta y se representa

como una reaccin qumica, recibe el nombre de disociacin inica.

Entre los solutos electrolticos, o simplemente electrolitos, se cuentan las bases, los

cidos y las sales inorgnicas y orgnicas. Se trata de sustancias con enlaces inicos o

covalentes muy prximos al inico. El NaCl es un ejemplo de las primeras y el HCl, de

las segundas. Como es sabido, en el NaCl ya existen los iones, slo que estn atrados

unos a otros formando los cristales tpicos de la sal. Al disolverse la sal en el agua,

debido a la polaridad de las molculas de sta, los iones cloruro atraen molculas de

agua que se agrupan a su alrededor con su polo positivo (los hidrgenos) orientados

hacia el anin cloruro. De esta manera lo aslan y lo separan de los iones sodio. Un

fenmeno semejante sufren los iones sodio, pues atraen el polo negativo de las

molculas de agua.

El fenmeno de acercamiento de las molculas de solvente en torno a los iones recibe el

nombre de solvatacin y, para el caso del solvente agua, hidratacin. Las molculas

de agua orientadas alrededor de cada in forman una especie de "aureola" hdrica,

llamada capa de solvatacin o hidratacin. Cada in en la solucin acta como una

pelcula independiente.

Si en el recipiente que contiene una solucin de NaCl se introducen los terminales

(positivo o nodo y negativo o ctodo) de una fuente de corriente elctrica continua, el

electrodo positivo atrae a los iones cloruro (negativos), los cuales, se mueven en la

solucin en direccin al nodo y al ponerse en contacto con l pierden el electrn en

exceso que posean, convirtindose en cloro elemento, el cual se desprende como gas

junto al electrodo. El terminal negativo o ctodo atrae a los iones sodio (positivos), los

cuales, desplazndose por la solucin, se ponen en contacto con el ctodo en el cual

recuperan el electrn que les faltaba y se transforman en sodio elemento (metal). Este

sodio es muy reactivo y con el agua produce xido de sodio e hidrgeno, que se

desprende en el ctodo.

El resultado final es que la solucin permite el paso de la corriente elctrica o flujo de

electrones, pues mientras por un electrodo entran electrones a la solucin, por el otro

salen. Este paso de corriente se acompaa de transporte de iones a travs de la

solucin y de modificaciones qumicas en su composicin.

116

Hay otras sustancias que no poseen iones, pero por tener enlaces covalentes muy

prximos o semejantes al inico, tambin originan iones cuando se disuelven en agua.

En el cloruro de hidrgeno (HCl) los dos tomos estn unidos por un enlace polar y, al

disolverse en agua, prcticamente hay una reaccin qumica en la cual se forman iones:

HCl + H2O + H2O+ + Cl

-

El cloro se queda con el electrn del hidrgeno convirtindose en ion cloruro. El ion

hidrgeno (un protn) que resta se une al oxgeno de una molcula de agua por enlace

coordinado, formando el in hidronio, con carga positiva (H3O+). A fin de simplificar, se

acostumbra representar la reaccin como si el HCl sufriera una disociacin semejante a

la del NaCl:

HCl H+ + Cl

-

En resumen, puede decirse que los electrlitos son sustancias que en solucin acuosa

se encuentran disociados en iones, los cuales son responsables del paso de corriente

elctrica cuando en la solucin se colocan los terminales de una fuente apropiada.

Si se preparan soluciones de diferentes electrolitos pero de igual molalidad y se someten

a la accin de un mismo potencial elctrico, puede comprobarse, si se mide la intensidad

de la corriente que atraviesa la solucin, que algunas de las soluciones son excelentes

conductores, mientras que otras son muy pobres conductoras de la corriente elctrica.

De acuerdo a este criterio, se puede dividir a los electrolitos en fuertes y dbiles:

Electrolitos fuertes son aquellos que dan soluciones muy conductoras y electrolitos

dbiles, los que dan soluciones pobremente conductoras. As, por ejemplo, una solucin

1 m de HCl es mucho ms conductora que una solucin 1 m de cido actico (CH3-

COOH). A mayor nmero de iones disponibles para transportar la corriente elctrica,

mayor ser la conductibilidad, en la solucin de HCl debe haber mayor nmero de iones

que en la de cido actico. Ambas soluciones se preparan disolviendo el mismo nmero

de molculas por 1000 g de agua; por lo tanto, la mayor conductibilidad de la solucin de

HCl se explica por el hecho de que en ste, un electrolito fuerte, mucho mayor

proporcin de molculas se han disociado dando lugar a iones. En un electrolito dbil

como el cido actico, slo una pequea parte del total de molculas disueltas se

separan en iones y el resto permanece como molculas enteras.

117

Propiedades Coligativas de las Soluciones Electroliticas

Si se separa una solucin 1 m de HCl o de NaCl y se determina el descenso del punto

crioscpico, se encuentra que no es de -1,86 C, como podra esperarse a acuerdo a lo

observado con soluciones de glucosa, urea, sacarosa, etc., sino casi el doble (-3,47 C

para la solucin 1 m de NaCl), lo cual parece indicar que en la solucin la concentracin

en nmero de partculas por 1000 g de agua no es el nmero de molculas contenido en

1 mol sino casi el doble. Ello se debe a que prcticamente todas las molculas disueltas

han sufrido el fenmeno de la disociacin inica, actuando cada in como una partcula

independiente:

NaCl Cl- + Na

+

1 mol 1 mol + 1 mol = 2 moles

N molculas N partculas + N partculas = 2 N partculas N = nmero de Avogadro = 6,023 x 10

23

Al hablar de 1 mol de cloruro o de in sodio se desea indicar que el nmero de partculas

inicas Cl- o Na

+ formadas por la disociacin del NaCl es igual al nmero de molculas

contenidas en un mol.

Si se repite la experiencia con una solucin 1 m de cido actico, se observa que el

descenso crioscpico es escasamente inferior a -1,86 C. Esto indica que el nmero de

partculas en la solucin no es mayor que el nmero de molculas agregadas

inicialmente. En otras palabras, del total de molculas disueltas (1 mol) slo una

pequea parte ha sufrido el fenmeno de disociacin inica:

CH3-COOH CH3-COOH-

+ H+

De esta manera tambin se considera el concepto de electrolitos fuertes y dbiles. Se

comportan como electrolitos fuertes algunos cidos inorgnicos (HCl, HNO3, H2SO4, etc.)

los hidrxidos de metales alcalinos (NaOH, KOH, etc.) y la mayora de las sales

inorgnicas (NaCl, CH3-COONa, etc.). Actan como electrolitos dbiles algunos cidos

inorgnicos (H2CO3, HF, H3PO4, etc.), algunos hidrxidos de metales bivalentes

Zn(OH)2, el amonaco (NH3) todas las bases orgnicas y la mayora de los cidos

orgnicos.

118

Como la disociacin de los electrolitos fuertes es virtualmente completa, se puede

calcular la concentracin total de partculas de la disolucin, as como la de cada uno de

los iones, directamente de la concentracin molal inicial.

En cambio, en las soluciones de electrolitos dbiles co-existen simultneamente iones

positivos, iones negativos y molculas sin disociar. Mediante distintos mtodos (medicin

de conductibilidad elctrica, descenso crioscpico) se puede determinar

experimentalmente la concentracin de cada una de esas partculas en una solucin de

un electrolito dbil.

Suponga que un electrolito dbil AB que se disocia segn la siguiente ecuacin:

AB A- + B

+

Si se desea calcular la concentracin de iones de A-, de iones de B

+ y de molculas sin

disociar (AB) en una solucin en la cual se disolvi 0,01 mol de electrolito por 1000 g de

agua (concentracin inicial 0,01 m), sabiendo que el descenso crioscpico es de -0193

C, se procede del siguiente modo:

se sabe que cuando la concentracin, en nmero de partculas, es de 1 mol por 1000 g

de agua, el descenso crioscpico es de 1,86 C, luego:

1,86 C por cada mol de soluto agregado al solvente

1 x 0,0193 0,0193 C ... = 0,0104 mol 1,86

Si al disolver un electrolito dbil en agua se disocian x moles de molculas, la

concentracin de molculas que quedan enteras ser igual a los moles inicialmente

disueltos menos x. Por otra parte, cuando se disocian x moles de molculas se forman x

moles de iones positivos y x moles de iones negativos. Por lo tanto, la concentracin de

cada una de las partculas en la solucin ser:

AB = 0,01 x A = x B = x

El nmero total de moles de partculas en la solucin ser igual a AB + A- + B+, es decir:

0,01 - x + x + x = 0,01 + x

119

El descenso crioscpico de la solucin indica que el nmero total de moles de partculas

es 0,0104 y, por lo tanto, x vale 0,0004 mol. Las concentraciones molales en la solucin

sern:

[AB] = 0,01 - 0,0004 = 0,0096 m

[A]- = 0,0004 m [B]

+ = 0,0004 m

Los corchetes se utilizan para indicar concentracin. De esta manera [A] significa

concentracin de iones A.

EQUILIBRIO QUIMICO

En toda reaccin qumica, la o las sustancias reaccionantes se van consumiendo al

tiempo que se forman el o los productos de reaccin. En ciertos casos, la reaccin

progresa hasta el consumo total de las sustancias reaccionantes, pero muchas veces, la

reaccin prosigue hasta cierto lmite, ms all del cual ya no contina. En este punto,

coexisten cantidades de sustancias reaccionantes y productos de reaccin que no

cambian con el tiempo. Se dice que la reaccin ha alcanzado un estado de equilibrio,

denominado equilibrio qumico.

En estado de equilibrio la cantidad de productos puede ser mayor, igual o menor que la

de sustancias reaccionantes. Aquellas reacciones que se detienen antes de que una

proporcin importante de las sustancias reaccionantes se haya convertido en producto,

pueden marchar fcilmente en una u otra direccin (reacciones reversibles), distin-

guindose en ellas una reaccin directa y otra inversa. Las reacciones reversibles se

indican con dobles flechas; la que apunta hacia la derecha indica el sentido de la

reaccin directa; la flecha que seala hacia la izquierda, corresponde a la reaccin

inversa.

AB A- + B

+

En el problema planteado en la seccin anterior, los valores obtenidos para las

concentraciones de los iones A- y B

+ y de las molculas enteras AB corresponden al

estado de equilibrio de ese electrolito para una determinada temperatura y concentracin

inicial. Los valores de concentracin en estado de equilibrio varan de acuerdo a:

a- naturaleza del electrolito

b- temperatura

c- concentracin inicial

120

Para un electrolito dado a una determinada temperatura, los valores de concentracin

varan nicamente con la concentracin inicial. En efecto, si se hacen las determi-

naciones de la concentracin de cada una de las partculas en varias soluciones de

distinta concentracin inicial, se obtienen cifras de equilibrio distintas. Cabra preguntarse

si los valores de concentracin obtenidos para cada una de las distintas partculas en

cada una de las diferentes soluciones guardan entre s alguna relacin. En efecto, si se

divide el producto de las concentraciones molales de los iones por la concentracin molal

de las partculas sin disociar, se obtiene en todos los casos un mismo nmero,

denominado constante de equilibrio. Para el caso especial de reacciones de ionizacin

se llama constante de disociacin y se representa como Kdis

[A-] x [B

+]

Kdis =

[AB]

En el ejemplo numrico resuelto en la seccin anterior, que corresponde a una solucin

0,01 m de cido actico, el valor de Kdis resulta:

0,0004 x 0,0004

Kdis = = 0,000017

0,096

Para en un sistema en equilibrio qumico, a una determinada temperatura existe una

relacin numrica constante entre las concentraciones de las sustancias que lo integran,

relacin que se satisface siempre, independientemente de las concentraciones iniciales

que se utilicen para la reaccin.

Estudios ms detallados de las reacciones reversibles han mostrado que el equilibrio es

dinmico. En efecto, constantemente las molculas de productos se estn convirtiendo

en molculas reaccionantes y las molculas de sustancias reaccionantes estn

constantemente convirtindose en las de productos. Sin embargo, como ambos

procesos ocurren a igual velocidad, las concentraciones de cada una de las sustancias

del sistema permanecen constante. En equilibrio, entonces, la velocidad de formacin de

productos a partir de las sustancias reaccionantes es igual a la velocidad con la cual los

productos se transforman en reaccionantes.

La ley de accin de masas de Guldberg y Waage establece que la velocidad de una

reaccin qumica (cantidad de sustancia reaccionante que desaparece o de productos

121

que se forman en la unidad de tiempo) es directamente proporcional a la concentracin

de la o las sustancias reaccionantes.

De acuerdo en la reaccin de disociacin de un electrolito dbil:

(1)

AB A- + B+

(2)

La velocidad (V1) con la cual transcurre la reaccin de disociacin (reaccin 1) ser igual

a

V1 = K1 [AB]

donde K1 es un valor constante caracterstico de cada sustancia reaccionante a una

temperatura dada y [AB] es la concentracin molal de AB.

Para la reaccin inversa (reaccin 2), la velocidad V2 con la cual A- y B

+ se asocian para

formar AB, ser:

V2 = K2 [A-] [B

+]

En estado de equilibrio, la velocidad de la reaccin directa es igual a la de la inversa (V1

= V2), por lo tanto:

K1 [AB] = K2 [A-] [B

+]

de donde:

K1 [A-] [B

+]

= K2 [AB]

K1 / K2 es un cociente entre dos constantes, por lo tanto es una constante (Kdis), luego:

[A-] [B

+]

K = [AB]

Cuando en un sistema en equilibrio aumenta la concentracin de alguna de las

sustancias que integran el mismo, se produce un aumento en la velocidad de reaccin

en la cual esa sustancia acta como reaccionante. Cuando se restablece nuevamente el

equilibrio, las velocidades se vuelven a hacer iguales y las concentraciones de las otras

sustancias se han modificado en la medida adecuada para que la relacin entre ellas

122

satisfaga la constante. En el ejemplo del sistema cido actico, iones acetato e iones

hidrgeno

CH3-COOH CH3-COOH-

+ H+

las concentraciones en equilibrio, para una concentracin inicial 0,01 m, son 0,096 m,

0,0004 m y 0,0004 m respectivamente. Si se provocase, por adicin al sistema, un

aumento en la concentracin de iones hidrgeno, inmediatamente se produce un

aumento en la velocidad de asociacin de los iones H+

y acetato (reaccin inversa),

provocando un aumento en la concentracin de molculas enteras y una disminucin en

la de iones acetato. Cuando se alcanza otra vez el equilibrio, las concentraciones de

todas las partculas alcanzan valores tales que la relacin

[CH3-COO-] x [ H

+ ]

= sigue siendo 0,000017 (Kdis) [CH3-COOH ]

El valor numrico de la constante de disociacin da una idea ms exacta del grado de

disociacin de un electrolito. Cuanto menor sea la constante Kdis, ms dbil ser el

electrolito. Cuando Kdis tiene un valor prximo a la unidad, el electrolito est

extensamente disociado y se lo considera moderadamente fuerte. Cuando Kdis es

prximo a 10, el electrolito est prcticamente disociado en forma total y se lo considera

fuerte.

En la Tabla siguiente se dan valores de las constantes de disociacin (a 25 C) de

algunos electrolitos:

Valores Constantes de Disociacin (Kdis)

Acido actico (CH3-COOH) 1,8 x 10-5

Acido cianhdrico (HCN) 4,0 x 10-10

Acido fluorhdrico (HF) 6,7 x 10-4

Acido ortofosfrico (H3PO4) 7,5 x 10-3

Acido sulfhdrico (H2S) 1,1 x 10-7

Hidrxido de amonio (NH4OH) 1,8 x 10-5

Metilamina (CH3NH2) 5,0 x 10-4

Etilamina (C2H5NH2) 5,6 x 10-4

Anilina (C6H5NH2) 4,1 x 10-10

123

La comparacin de las fuerzas relativas de diferentes electrolitos, especialmente los de

un mismo tipo (cidos, bsicos, etc.) se facilita por el uso del trmino conocido como

pKdis, que se define como el logaritmo de la inversa de la constante de disociacin (Kdis)

1 pKdis = log

Kdis

Ejemplos:

Acido actico:

pKdis = log 1 / 0,000018 = log 55555 = 4,7

Acido fluorhdrico:

pKdis = log 1 / 0,0007 = log 1428 = 3,2

Cuanto mayor es el valor de Kdis ms dbil es el electrolito

Conocida la constante de disociacin de un electrolito, se puede calcular con bastante

aproximacin la concentracin de cada uno de los iones y de las molculas sin disociar

en una solucin del mismo, siempre y cuando se conozca tambin la concentracin

inicial.