Disoluciones y Reacciones En Disolución Acuosa

1.-Soluciones o Disoluciones

Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.

ComponentesSolubilidad

Es la proporción en que una cantidad determinada de una sustancia se disolverá en una cantidad determinada de un líquido, a una temperatura dada. En términos generales, es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química.La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada. Pues bien, la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente determinado es la concentración que corresponde al estado de saturación a una temperatura dada.

Tipos de soluciones

Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña.  Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua.  Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande.  Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa  en 100 gramos de agua.   Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto.  Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C.  

Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.   Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso.

Factores que influyen en la solubilidad

Solubilidad en líquidos: al elevar la temperatura aumenta la solubilidad del soluto gas en el líquido debido al aumento de choques entre moléculas contra la superficie del líquido. También ocurre lo mismo con la presión.Solubilidad de líquidos en líquidos: Al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad de líquidos en líquidos. En este caso la solubilidad no se ve afectada por la presión.Solubilidad de sólidos en líquidos: la variación de solubilidad está relacionada con el calor absorbido o desprendido durante el proceso de disolución. Si durante el proceso de disolución se absorbe calor la solubilidad crece con el aumento de la temperatura, y por el contrario, si se desprende calor durante el proceso de disolución, la solubilidad disminuye con la elevación de temperatura. La presión no afecta a la solubilidad en este caso.

2.-concentracion de soluciones

Ya dijimos que las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto  y de solvente  de una disolución  se utiliza una magnitud denominada  concentración. Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas,  sobresaturadas.  

Formas de expresar concentraciones: porcentaje, masa porcentaje volumen, masa-volumen, ppm, fracción molar, porcentaje molar, molaridad, molalidad, conversiones de una unidad a otra

Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes:a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución)b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de solución)c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V=(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución)a) Porcentaje peso a peso (% P/P):  indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.

b)Porcentaje volumen a volumen (% V/V):  se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.

  c)Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son: a) Fracción molar b) Molaridad M = (número de moles de soluto) / (1 litro de solución)c) Molalidadm = (número de moles de soluto) / (1 kilo de solvente) a) Fracción molar (Xi):  se define como la relación entre los moles de un componente (ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales presentes en la solución.

 

b) Molaridad (M):  Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. Una solución 4 molar (4 M) es aquella que contiene cuatro moles de soluto por litro de solución.

c) MolalidadEn primer lugar debemos advertir que molalidad no es lo mismo que molaridad por lo cual debemos evitar confundirlas puesto que el nombre es muy parecido pero en realidad cambian mucho los cálculos, y es un grave error pero muy frecuente.En la molalidad relacionamos la molaridad del soluto con el que estamos trabajando con la masa del disolvente (en kg) que utilizamos.

3.-Diluciones

La dilución puede referirse a: En química, la dilución es la reducción de la concentración de una

sustancia química en una disolución. La dilución en serie, una forma común de realizar esta reducción de la

concentración. La dilución homeopática, un sistema de administración de principios

activos en homeopatía, a concentraciones progresivamente menores.La ecuación de dilución, una ecuación para calcular la tasa a la que se diluye un gas

Principio de equivalencia

El principio de equivalencia es el principio físico fundamental de la relatividad general y de varias otras teorías métricas de la gravedad.Afirma que puntualmente es indistinguible un sistema campo gravitatorio de un sistema de referencia no inercial acelerado. Así fijado un determinado acontecimiento instantáneo de naturaleza puntual (un evento o suceso) en el seno de un campo gravitatorio puede ser descrito por un observador acelerado situado en ese punto, como moviéndose libremente. Es decir, existe cierto observador acelerado que no tiene forma de distinguir si las partículas se mueven o no dentro de un campo gravitatorio

4.-reacciones en solución acuosa.Electrolitos y no electrolitos

Electrolito:es una sustancia que, cuando se disuelve en agua, forma unadisolución que conduce la electricidad.No electrolito:no conduce la corriente eléctrica cuando se disuelve en agua.Estos se pueden clasificar como:-Electrolitos fuertes: el soluto se disocia en un 100% en susiones.-Electrolitos débiles: el soluto no se disocia en un 100% ensus iones.

Reacciones iónicas e iónicas netas en disolución acuosa

ECUACIÓN IÓNICAEn esta se escriben todos los iones y luego se pone el sólido como molécula y lo acuoso disociado (los iones espectadores). Ba++2OH-+2K+ + CrO4- (s) BaCrO4 + 2 K++ 2OH-Ba+ +2 OH-+ Pb++2 NO3- Ba+ +2 NO3-+(s)Pb(OH)2Ba+ +2 OH- + 2 Na++2 I- Ba+ +2 I- + 2NaOHECUACIÓN IÓNICA-NETASe escribe sólo los iones que reaccionan y los iones espectadores no.Ba+ + CrO4- (s) BaCrO4 2 OH- + Pb+ (s)Pb(OH)22 OH- + 2 Na+ (s)2NaOH

5.- reacciones de neutralización acido-base

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base, generalmente en lasreacciones acuosas ácido-base se forma agua y una sal, un ejemplo es el producto de la reacciónácido-base del HCl con NaOHHCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(liq)Las soluciones acuosas son buenas conductoras debido a la presencia de iones positivos y negativosa estos compuestos se les llama electrolitos. Los compuestos iónicos que se disocian completamentese conocen como electrolitos fuertes, un ejemplo de ellos es el NaCl.Las constantes de equilibrio para la disociación de electrolitos son llamadas constantes dedisociación, un ejemplo de disociación es la del agua:2H2O H3O+ + OHLossubíndices se utilizan por comodidad, para las diferentes constantes:Ka= constante de disociación de ácidoKb = constante de disociación de baseKw= constante de disociación del agua o de autoprotólisis = 1*10-14 o producto iónico del agua.Este producto indica que en agua pura o en cualquier solución acuosa deben estar presentes ioneshidrógeno y oxhidrilo, el producto de sus concentraciones debe ser una constante igual a Kw=1*10-14.H2O H+ + OH

Conceptos de ácidos y bases

Ácidos y bases, dos tipos de compuestos químicos que presentan características opuestas. Los ácidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el tornasol (tinte rosa que se obtiene de determinados líquenes) y reaccionan con ciertos metales desprendiendo hidrógeno. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y tienen tacto jabonoso. Cuando se combina una disolución acuosa de un ácido con otra de una base, tiene lugar una reacción de neutralización. Esta reacción en la que, generalmente, se forman agua y sal, es muy rápida. Así, el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio NaOH, producen agua y sulfato de sodio:

H2SO4 + 2NaOHð2H2O + Na2SO4

Fortaleza de ácidos y bases.

Las disoluciones acuosas de los ácidos y de las bases proporciona iones H+ y OH-, respectivamente, a la disolución; por tanto, conducen la corriente eléctrica. Pero como no todos los ácidos y base se disocian igual de bien en los iones que forman la sustancia. Esto lo podemos ver porque algunos ácidos y bases son buenos conductores de la corriente eléctrica en disolución y otros no tanto.Se denominan ácidos fuertes y bases fuertes a aquellos que se disocian mucho en disolución; es decir, aquellos que tienen todo o gran cantidad de iones H+ (ácidos) o de iones OH- (bases) al disolverse. Serán muy buenos conductores de la electricidad.Se denominan ácidos débiles y bases débiles a aquellos que se disocian poco en disolución; es decir, aquellos que tienen poca cantidad de iones H+ (ácidos) o de iones OH- (bases) al disolverse. Serán muy buenos conductores de la electricidad.

Ácidos polipróticos

Los ácidos polipróticos (ácidos poliácidos o ácidos poliprotónicos) son ácidos que tienen más de un hidrógeno ionizable. Estos ácidos disocian en más de una etapa y cada etapa presenta su propia constante de equilibrio.Los ácidos polipróticos no ceden de una vez y con la misma facilidad todos los protones, sino que lo hacen de forma escalonada, y cada vez con mayor dificultad. Las correspondientes constantes de disociación, disminuyen mucho (aproximadamente un factor de 10-5) para cada una de las sucesivas ionizaciones.

pH y pOH de ácidos y bases fuertes

El pH, abreviatura de Potencial Hidrógeno es un parámetro muy usado en química para medir el grado de acidez o alcalinidad de las sustancias. Esto tiene enorme importancia en muchos procesos tanto Químicos como biológicos. Es un factor clave para que muchas reacciones se hagan o no. Por ejemplo en biología las enzimas responsables de reacciones bioquímicas tienen una actividad máxima bajo cierto rango de pH. Fuera de ese rango decae mucho su actividad catalítica. Nuestra sangre tiene un pH entre 7,35 y 7,45.

6.- reacciones de precipitación

La reacción de precipitación es un tipo común de reacción en disolución acuosa que se caracteriza por la formación de un producto insoluble o precipitado. Un precipitado es un sólido insoluble que se separa de la disolución. En las reacciones de precipitación por lo general participan compuestos iónicos. Por ejemplo, cuando se agrega una disolución acuosa de nitrato de plomo [Pb(N03)2] a una disolución acuosa de yoduro de sodio (Nal), se forma un precipitado amarillo de yoduro de plomo (Pbl2):

Reglas de solubilidad

1. Todos los compuestos de los metales alcalinos (grupo 1) son solubles.2. Todos los compuestos de amonio son solubles.3. Todos los nitratos, cloratos y percloratos son solubles.4. La mayoría de los cloruros, bromuros y yoduros son solubles, con excepción de aquellos formados con los cationes plata, mercurio (I) y plomo.5. La mayoría de los sulfatos son solubles. El sulfato de calcio y el sulfato de plata son ligeramente solubles, mientras que los sulfatos de bario, mercurio (II) y plomo son insolubles.6. La mayoría de los hidróxidos son insolubles, con excepción de los hidróxidos de alcalinos y el hidróxido de bario. El hidróxido de calcio es ligeramente insoluble.7. Todos los carbonatos, fosfatos y sulfuros son insolubles (excepto los formados por metales alcalinos y catión amonio).

Problemas de estequiometria con reacciones de precipitación

EJERCICIO 1Calcular la riqueza de una sosa (hidróxido de sodio), si 25 g de la misma necesitan para neutralizarse 40 ml de ácido sulfúrico 3 M.EJERCICIO 2

Se mezclan 25 ml de Ácido Clorhídrico 0,3 M y 35 ml de hidróxido sódico 0,4 M.a) ¿Cuál es el pH de la mezcla resultante?b) ¿Qué volumen de HCl tendríamos que haber tomado, para que el pH de la mezcla resultante fuese igual a 7?.EJERCICIO 3Se desea preparar 100 ml de una disolución de ácido nítrico de pH = 2,4. Para ello se dispone de otra disolución de ácido nítrico de pH = 0,3.a) ¿Qué volumen habrá que tomar de esta disolución para preparar la disolución deseada?b) ¿Cuántos miligramos de hidróxido sódico habrá que añadir a esos 100 ml de disolución para neutralizarla?Masas atómicas: Na: 23; O: 16. .EJERCICIO 4Justificar la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:a) Una disolución de NH4Cl siempre da lugar a una disolución básica;b) La mezcla estequiométrica de HCl y NaOH da lugar a una disolución ácida;c) La mezcla estequiométrica de HCl y NH4OH da lugar a una disolución básica;d) Una disolución de CH3COONa siempre tiene carácter básico.EJERCICIO 5Se introducen 6,8 g de NH3 en la cantidad de agua necesaria para obtener 500 ml de disolución. Calcular:a) El pH de la disolución.b) Qué volumen de ácido sulfúrico 0,10 M se necesitará para neutralizar 20 ml de la disolución anterior.DATOS: Kb (amoniaco) = 1,8 10–5. Masas atómicas: N: 14; H: 1.

7.- reacciones redox

Reacciones redox son una serie de reacciones de sustancias en las cuales la transferencia de electrones tiene lugar. La sustancia que gana electrones es llamada agente oxidante.

Igualación por el método del ion-electrón

Muchas ecuaciones son demasiado complejas para que este procedimiento de balanceo por tanteo resulte práctico; sin embargo, la gran mayoría de las reacciones de interés en este semestre (electroquímica, equilibrio iónico) son reacciones de óxido-reducción que comprenden la transferencia de electrones de un reactivo a otro, y en estos casos, el balanceo se efectúa aplicando procedimientos sistemáticos. Este último capítulo esta dedicado a los métodos comúnmente usados para el balanceo de estas ecuaciones, a

saber el método de la media reacción (o del ión-electrón) y el método del número de oxidación.Antes de estudiar estos dos métodos de balanceo o igualación de ecuaciones de la media REDOX daremos unas definiciones importantes.Oxidación: Se refiere a la media reacción donde un átomo o un grupo de átomos pierden e - Reducción: Se refiere a la media reacción donde un átomo o un grupo de átomos ganan e - Agente Oxidante: Es la sustancia que se reduce (gana e -) provocando la oxidación.Ejemplo: NO3- + 2H+ + e- NO2 + H2O (Reducción)N+5 + e- N+4 (Reducción) Agente Reductor: Es la sustancia que se oxida (pierde e-) provocando la reducción.Ejemplo: C + 2H2O C2O + 4H+ + 4e- (Oxidación)C C+4 + 4e- (Oxidación) En algunas ecuaciones una sustancia puede actuar como oxidante y como reductor (reacciones de dismutación)

Problemas de estequiometria con reacciones redox

--El agua oxigenada reacciona con el tricloruro de cromo y el hidróxido potásico para dar cromato potásico y cloruro potásico. Calcula la cantidad de cromato potásico que se obtendrá a partir de 200 mL de agua oxigenada al

33 de concentración en peso y densidad 1,22 g/mL si el resto de reactivos están en exceso.Datos: K = 39 ; Cr = 52 ; O = 16 ; H = 1--Se escribe la reacción química:

Al + O2 Al2O3

--Se ajusta la reacción química: 4 Al + 3 O2 2 Al2O3

--Se calculan las masas molares de datos e incógnitas:

--Se escribe la reacción química con lo conocido / incógnita del problema:  

--Antes de comenzar hay que saber el índice de oxidación del oxígeno es -2 (O-2), el índice de oxidación del hidrógeno es +1 (H+1) y del potasio es +1 (K+1). Para proceder se multiplica el índice de oxidación de cada elemento

su sub-índice, luego se hace la suma algebraica, cuyo resultado será igual a cero, pues se trata de compuestos eléctricamente neutros.

 1. Se hace reaccionar 45.2 gramos de H2C2O4*2H2O al 97,2 % de pureza con 45,2 gramos de MnO2 al 92,7 % de pureza.MnO2 + C2O42- Mn2+ + CO2 + OtrosSi el rendimiento de la reacción es del 69,3 % calcule el volumen de CO2 medido a condiciones TPE. 2.

2. Una muestra de 0,463 gramos de un acero se disolvió en un poco de ácido y luego se le adicionó Na2O2 para convertir todo el Cromo a Cr2O72- . La solución resultante se tituló con 12,6 mL de solución 0,0470 M de FeSO4. Calcule el porcentaje de cromo en el acero.Cr2O72- + Fe2+ Cr3+ + Fe3+