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7/23/2019 Disolucion y Solubilidad
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DISOLUCIN Y SOLUBILIDAD
1. Introduccin
Se estudia la solubilidad de ciertos compuestos entre otras
cosas, con el fin de establecer su nivel de solubilidad en
un sistema con un solvente o tal vez dos, si fuera as,
ambos solventes deben ser insolubles entre s, pero deben
de solubilizar al soluto.
En 1391 se formula la ley del reparto, dada por Nerst, esta
ley se ha aplicado al estudio de problemas a nivel terico
y prctico, como el proceso de e!traccin, el de anlisis y
determinacin de las constantes de e"uilibrio, las cuales
dependen de la temperatura dada.
#oniendo de e$emplo a la e!traccin, este procedimiento se
utiliza a nivel de laboratorio e industrial. En el primero
se utiliza para remover una sustancia de un l"uido o de un
slido mediante la utilizacin de un solvente or%nico como
eter, cloroformo, benceno, tetracloruro de carbono o en
a%ua.& nivel industrial se aplica en la remocin de elementos no
deseables en el producto final, pero para esto se necesita
saber la cantidad de solvente a utilizar y el n'mero de
veces "ue se a de efectuar el ciclo de la e!traccin, ya
"ue no se debe desperdiciar reactivos ni ener%a.
1.2 Soluciones y solubilidad
(uando se empiezan a combinar materiales distintos, como al
a%re%ar elementos de aleacin a un metal, se producen
soluciones. Estas pueden ser tanto l"uidas como slidas.
El inter)s es determinar la cantidad de cada material "ue
se puede combinar sin producir una fase adicional. En otras
palabras, la atencin se enfocar en la solubilidad de un
material en otro.
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!l "en#eno de la disolucin
(uando un terrn de az'car se introduce en un vaso lleno de
a%ua, al cabo de un tiempo parece, a primera vista, "ue se
ha desvanecido sin de$ar rastro de su presencia en el
l"uido. Esta aparente desaparicin parece indicar "ue el
fenmeno de la disolucin se produce a nivel molecular.
*a disolucin de un slido supone la ruptura de los enlaces
de la red cristalina y la consi%uiente dis%re%acin de sus
componentes en el seno del l"uido. #ara "ue esto sea
posible es necesario "ue se produzca una interaccin de las
mol)culas del disolvente con las del soluto, "ue recibe el
nombre %en)rico de solvatacin. (uando una sustancia slida
se sumer%e en un disolvente apropiado, las mol)culas +o
iones situadas en la superficie del slido son rodeadas
por las del disolvente- este proceso lleva consi%o la
liberacin de una cierta cantidad de ener%a "ue se cede en
parte a la red cristalina y permite a al%unas de sus
partculas componentes desprenderse de ella e incorporarse
a la disolucin. *a repeticin de este proceso produce, alcabo de un cierto tiempo, la disolucin completa del
slido. En al%unos casos, la ener%a liberada en el proceso
de solvatacin no es suficiente como para romper los
enlaces en el cristal y, adems, intercalar sus mol)culas
+o iones entre las del disolvente, en contra de las
fuerzas moleculares de )ste.
#ara "ue la ener%a de solvatacin tome un valor
considerable es necesario "ue las interacciones entre las
mol)culas del soluto y entre las del disolvente sean de la
misma naturaleza. Slo as el fenmeno de la solvatacin es
lo suficientemente importante como para dar lu%ar por s
solo a la disolucin del cristal. Ello e!plica el vie$o
aforismo de "ue lo seme$ante disuelve a lo seme$ante/. *os
disolventes apolares como el a%ua son apropiados para
solutos polares como los slidos inicos o los slidos
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formados por mol)culas con una cierta polaridad el)ctrica.
#or su parte, los disolventes apolares, como el benceno
+(00, disuelven las sustancias apolares como las %rasas.
2unto con los factores de tipo energtico, como los
considerados hasta ahora, "ue llevan a un sistema
slidol"uido a alcanzar un estado de menor ener%a
potencial, otros factores determinan el "ue la disolucin
se produzca o no de forma espontnea. Esta afirmacin est
respaldada por dos tipos de fenmenos4 en primer lu%ar la
e!istencia de procesos de disolucin "ue implican una
absorcin moderada de ener%a del medio, lo cual indica "ue
el sistema evoluciona hacia estados de mayor ener%a
interna- en se%undo lu%ar sustancias apolares como el
tetracloruro de carbono +((l5, aun"ue poco, se lle%an a
disolver en disolventes polares como el a%ua.
*os procesos fsico6"umicos estn influidos, adems, por
el factor desorden, de modo "ue tienden a evolucionar en el
sentido en el "ue )ste aumenta. *a disolucin, sea de
slido en l"uido, sea de l"uido en l"uido, aumenta eldesorden molecular y por ello est favorecida.
(ontrariamente, la de %ases en l"uidos, est dificultada
por el aumento del orden "ue conllevan. 7el balance final
entre los efectos de ambos factores, el de ener%a y el de
desorden, depende el "ue la disolucin sea o no posible.
La solubilidad
*as sustancias no se disuelven en i%ual medida en un mismo
disolvente. (on el fin de poder comparar la capacidad "ue
tiene un disolvente para disolver un producto dado, se
utiliza una ma%nitud "ue recibe el nombre de solubilidad.
*a capacidad de una determinada cantidad de l"uido para
disolver una sustancia slida no es ilimitada. &8adiendo
soluto a un volumen dado de disolvente se lle%a a un punto
a partir del cual la disolucin no admite ms soluto +un
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e!ceso de soluto se depositara en el fondo del
recipiente. Se dice entonces "ue est saturada. #ues bien,
la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente
determinado es la concentracin "ue corresponde al estado
de saturacin a una temperatura dada.
*as solubilidades de slidos en l"uidos varan mucho de
unos sistemas a otros. &s a : ;( la solubilidad del
cloruro de sodio +Na(l en a%ua es 0 < y en alcohol etlico
+(0=, a esa misma temperatura, es :,::9
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la temperatura ambiente +3;( se observa el
desprendimiento de las burbu$as.
1.2.1 Solubilidad ili#itada
Supon%a "ue se inicia con un vaso de a%ua y uno de alcohol.
El a%ua es una fase y el alcohol otra. &l vaciar el a%ua en
el alcohol y revolver, solamente se producir una fase. El
vaso contendr una solucin de a%ua y alcohol, con
estructura, propiedades y composicin 'nicas. El a%ua y el
alcohol son solubles entre s. &dems, tienen una
solubilidad ilimitada4 independientemente de la relacin de
a%ua y alcohol, al mezclarlos slo se produce una fase.
7e manera similar, si se mezcla cual"uier cantidad de
cobre l"uido y de n"uel l"uido, slo se obtendr una
sola fase l"uida. *a aleacin de l"uido tendr la misma
composicin, propiedades y estructura en todas partes
+>i%ura, por"ue el n"uel y el cobre tienen solubilidad
l"uida ilimitada.
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Si la aleacin l"uida cobre6n"uel se solidifica y se
enfra a temperatura ambiente, slo se produce una fase
slida. 7espu)s de la solidificacin, los tomos de cobre y
de n"uel no se separan, sino "ue, en vez de ello, se
localizan de manera aleatoria en los puntos de la red ((a(.
En el interior de la fase slida, la estructura,
propiedades y composicin son uniformes y no e!iste
interfase al%una entre los tomos de cobre y de n"uel. #or
tanto, el cobre y el n"uel tambi)n tienen solubilidad
slida ilimitada. *a fase slida es una solucin slida.
?na solucin slida no es una mezcla. *as mezclas
contienen ms de un tipo de fase y sus componentes
conservan sus propiedades individuales. *os componentes deuna solucin slida se disuelven uno en el otro y no
retienen sus caractersticas propias.
1.2.2 Solubilidad li#itada
(uando se a%re%a una pe"ue8a cantidad de &z'car +primera
fase a un vaso con a%ua +una se%unda fase y se revuelve,
el &z'car se disuelve totalmente en el a%ua. Se obtendr
slo una fase4 a%ua azucarada. Sin embar%o, si al a%ua se
le a%re%a demasiada &z'car, el e!ceso se hundir en el
fondo del vaso. &hora se tienen dos fases, a%ua saturada
con az'car, ms la slida e!cedente4 el &z'car tiene
solubilidad limitada en el a%ua.
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Figura: Muestra la limitacin que tiene disolver azcar en
agua.
En la fi%ura a continuacin, se muestra como disminuye la
temperatura de solidificacin del a%ua, al aumentar la
cantidad de sal hasta un 3,3@, Esto se usa para evitar el
hielo en los pavimentos. Se puede apreciar "ue la zona del
%rfico sobre : ;( es similar al %rfico de a%ua y az'car.
Figura: Muestra diagrame de fase de la solucin agua y sal
Si al cobre l"uido se le a%re%a una pe"ue8a cantidad
de zinc l"uido, se producir una sola solucin l"uida.
(uando dicha solucin de cobre y zinc se enfra y se
solidifica, da como resultado una solucin slida de
estructura ((a(, con los tomos de cobre y de zinc
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localizados de manera aleatoria en los puntos normales de
la red. Sin embar%o, si la solucin l"uida contiene ms de
un 3: por ciento de zinc, al%unos de los tomos de zinc
e!cedentes se combinarn con al%unos de los tomos de
cobre, para formar un compuesto (u6An +fi%ura .
&hora coe!isten dos fases slidas4 una solucin slida de
cobre saturado, con apro!imadamente 3: @ de zinc, y un
compuesto (u6An. *a solubilidad del zinc en el cobre es
limitada. *a fi%uramuestra una porcin del dia%rama de
fases (u6An ilustrando la solubilidad del zinc en el cobre
a ba$as temperaturas. *a solubilidad aumenta alincrementarse la temperatura.
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En la figura podemos ver que una mezcla de dos fases se
puede transformar en una solucin omognea de una fase,
aumentando su temperatura
En el caso e!tremo, pudiera no e!istir prcticamente nada
de solubilidad entre un material y otro. Esto es cierto
para el aceite y el a%ua, o para aleaciones de cobre y
plomo.
1.$ Dia%ra#as de "ase
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Son representaciones %rficas de las fases "ue
estn presentes en un sistema de materiales a varias
temperaturas, presiones y composiciones. *a mayora de los
dia%ramas de fase han sido construidos se%'n condiciones de
e"uilibrio +condiciones de enfriamiento lento, siendo
utilizadas por in%enieros y cientficos para entender y
predecir muchos aspectos del comportamiento de los
materiales. *os dia%ramas de fases ms comunes involucran
temperatura versus composicin.
In"or#acin &ue 'ode#os obtener de los dia%ra#as de "ase
1. (onocer "ue fases estn presentes a diferentes
composiciones y temperaturas ba$o condiciones de
enfriamiento lento +e"uilibrio.
. &veri%uar la solubilidad, en el estado slido y
en el e"uilibrio, de un elemento +o compuesto en
otro.
3. 7eterminar la temperatura a la cual una
aleacin enfriada ba$o condiciones de e"uilibrio
comienza a solidificar y la temperatura a la cualocurre la solidificacin.
5. (onocer la temperatura a la cual comienzan a
fundirse diferentes fases.
1.$.1 Dia%ra#a de "ases de sustancias 'uras
?na sustancia pura como el a%ua puede e!istir en las fases
slidas, l"uidas y %as, dependiendo de las condiciones de
temperatura y presin. ?n e$emplo familiar para todos de
dos fases de una sustancia pura en e"uilibrio es un vaso
de a%ua con cubos de hielo. En este caso el a%ua, slida y
l"uida, da lu%ar a dos fases distintas separadas por una
fase lmite, la superficie de los cubos de hielo. 7urante
la ebullicin del a%ua, el a%ua l"uida y el a%ua vapor
son dos fases en e"uilibrio. ?na representacin de las
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fases acuosas "ue e!isten ba$o diferentes condiciones de
presin y temperatura se muestra en la >i%ura.
!iagrama de equilibrio de fases apro"imado
presin#temperatura $%&' para el agua pura. $(os
e)es del diagrama se encuentran algo
distorsionados.'
En el dia%rama de fases presin6temperatura +#B del a%ua
e!iste un punto triple a ba$a presin +5CD9 torr y ba$a
temperatura +:,::9 ;( donde las fases slida, l"uida y
%aseosa coe!isten. *as fases l"uida y %aseosa e!isten a
lo lar%o de la lnea de vaporizacin y las fases l"uida y
slida a lo lar%o de la lnea de con%elacin, como se
muestra en la >i%ura. Estas lneas son lneas de
e"uilibrio entre dos fases.
Regla de las Fases de Gibbs:
Ecuacin "ue permite calcular el n'mero de fases "ue pueden
coe!istir en e"uilibrio en cual"uier sistema4
%FFG*F +%FFG*F1 si la presin es cteG1 atm
# G n'mero de fases "ue pueden coe!istir en el sistema
ele%ido
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( G n'mero de componentes en el sistema $elemento,
compuesto o solucin'
> G %rados de libertad $nmero de variables:presin,
temperatura y composicin'
1.( Solubilidad Slida Co#'leta )Dia%ra#a iso#or"o*
?n dia%rama de fases muestra las fases y sus composiciones
para cual"uier combinacin de temperatura y composicin de
la aleacin. (uando en la aleacin slo estn presentes dos
elementos, se puede elaborar un dia%rama de fases binario.
Se encuentran dia%ramas de fases binarios isomorfos en
varios sistemas metlicos y cermicos. En los sistemas
isomorfos, slo se forma una fase slida- los dos
componentes del sistema presentan solubilidad slida
ilimitada.
*a fi%ura muestra como cambia la composicin a medida
"ue cambia la temperatura
1.(.1 +e#'eraturas de l,&uidus y de slidus
*a curva superior en el dia%rama es la temperatura de
l"uidus. Se debe calentar una aleacin por encima de
l"uidos para producir una aleacin totalmente l"uida "ue
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pueda ser colocada para obtener un producto 'til. *a
aleacin l"uida empezar a solidificarse cuando la
temperatura se enfre hasta la temperatura de l"uidos.
*a temperatura de slidas es la curva inferior. ?na
aleacin de este tipo, no estar totalmente slida hasta
"ue el metal se enfre por deba$o de la temperatura de
slidos. Si se utiliza una aleacin cobre6n"uel a altas
temperaturas, deber "uedar se%uro "ue la temperatura
durante el servicio permanecer por deba$o de la
temperatura de slidos, de manera "ue no ocurra fusin.
*as aleaciones se funden y se solidifican dentro de un
ran%o de temperatura, entre los l"uidos y los slidos. *a
diferencia de temperatura entre l"uidos y slidos se
denomina ran%o de solidificacin de la aleacin. 7entro de
este ran%o, coe!istirn dos fases4 una l"uida y una
slida. El slido es una solucin de tomos de los
compuestos involucrados- a las fases slidas %eneralmente
se les desi%na mediante una letra min'scula %rie%a,
como .
1.(.2 -ases 'resentes4
& menudo, en una aleacin a una temperatura en
particular interesa saber "u) fases estn presentes. Si se
planea fabricar una pieza por fundicin, debe "uedar
se%uro "ue inicialmente todo el metal est) l"uido- si se
planea efectuar un tratamiento t)rmico de un componente,se debe procurar "ue durante el proceso no se forme
l"uido. El dia%rama de fases puede ser tratado como un
mapa de carreteras- si se sabe cules son las coordenadas,
temperatura y composicin de la aleacin, se podrn
determinar las fases presentes.
1.(.$ Co#'osicin de cada "ase
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(ada fase tiene una composicin, e!presada como el
porcenta$e de cada uno de los elementos de la fase. #or lo
%eneral, la composicin se e!presa en porcenta$e en peso
+@ peso. (uando est presente en la aleacin una sola
fase, su composicin es i%ual a la de la aleacin. Si la
composicin ori%inal de la aleacin se modifica, entonces
tambi)n deber modificarse la de la fase.
Sin embar%o, cuando coe!isten dos fases como l"uido y
slido, sus composiciones diferirn entre s como de la
composicin %eneral ori%inal, Si )sta cambia li%eramente,
la composicin de las dos fases no se afectar, siempre
"ue la temperatura se conserve constante.
*a fi%ura muestra la composicin de cada una de las fases
a una determinada temperatura
/OI!DAD!S D! LAS DISOLUCION!S
*a presencia de mol)culas de soluto en el seno de un
disolvente altera las propiedades de )ste. &s, el punto de
fusin y el de ebullicin del disolvente cambian- su
densidad aumenta, su comportamiento "umico se modifica y,
en ocasiones, tambi)n su color. &l%unas de estas
propiedades de las disoluciones no dependen de la
naturaleza del soluto, sino 'nicamente de la concentracin
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de la disolucin, y reciben el nombre de propiedades
coligativas.
L!Y D! 0!N/Y
& temperatura constante, la solubilidad de un %as en un
l"uido, es directamente proporcional a la presin parcial
de dicho %as + p %as sobre la solucin4
( %as G H p %as
7onde ( %as es la fraccin molar del %as y H una
constante de proporcionalidad "ue depende de la temperatura
y de la naturaleza del %as y del l"uido.
L!Y D! /AOUL+
*a disminucin relativa de la presin de vapor de un
l"uido voltil, al disolver en )l un soluto no salino es
i%ual a la fraccin molar de ese soluto. E"uivale a decir
"ue la presin de vapor parcial de un l"uido voltil
+ p en una solucin, es i%ual a su fraccin molar + ( multiplicada por la presin de vapor de ese l"uido puro +
p o .
p G ( p o
*as soluciones "ue cumplen esta ley se denominan
soluciones ideales.
Ieneralmente son soluciones diluidas.
/OI!DAD!S COLIA+IAS
*as #ropiedades (oli%ativas son una serie de propiedades
"ue se caracterizan por depender 'nicamente del n'mero de
mol)culas de soluto presente, y no del tama8o, o masa molar
de las mol)culas. (abe aclarar "ue la distincin entre
soluto y solvente es arbitraria, y se desi%nar como
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solvente al componente "ue este en mayor proporcin, y como
soluto a el o los "ue est)n en menor cantidad. En el caso
de solutos sean no6electrolitos el n'mero de partculas
coincidir con el n'mero de mol)culas.
Son propiedades coli%ativas el descenso de la presin de
vapor, aumento del punto de ebullicin, disminucin del
punto de con%elacin y presin osmtica.
Bodas la deducciones "ue se harn en este repartido se
basan en tres suposiciones importantes4 las soluciones son
ideales, son soluciones diluidas y se considerarn sistemas
de dos componentes +soluto y solvente, aun"ue las
deducciones pueden ser e!tendida para sistemas multi
componentes.
#ropiedades coli%ativas4 propiedades de las disoluciones
"ue dependen del n'mero de partculas del soluto en
disolucin y no de la naturaleza de las partculas del
soluto.
*as propiedades coli%ativas de una solucin son a"uellas
"ue dependen solamente de46la naturaleza del disolvente.
6el n'mero de partculas del soluto +pero no de su
naturaleza.
Estas son4
1.6 7isminucin de la presin de vapor del disolvente.
.6 7isminucin del punto de con%elacin.
3.6 &umento del punto de ebullicin.
5.6 #resin osmtica de la solucin.
1.3 DIS4INUCIN D! LA /!SIN D! AO/ D!L DISOL!N+!
#reviamente, definir tres conceptos para saber de "u)
estamos hablando4
- Presin de vapor (Pv):#resin "ue e$erce el vapor de un
l"uido voltil sobre el propio l"uido una vez alcanzado
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el e"uilibrio a una temperatura dada.
- Punto de ebullicin:Bemperatura a la cual la presin de
vapor de un l"uido es i%ual a la presin e!terior +la de
la atmsfera donde se encuentra el l"uido
- Punto de ebullicin normal: Bemperatura a la cual la
presin de vapor de un l"uido es i%ual a 1 atmsfera.
Si tenemos una disolucin, a todo lo referente al
disolvente le pondremos el subndice 1- y a todo lo
referente al soluto, el subndice . #or tanto, la presin
de vapor "ue soporta la disolucin +#t es la suma de las
presiones parciales4 #t G #1 F #.
*a *ey de Jaoult establece cmo calcular estas presiones
parciales4
#1 G #1,p K L1
Siendo4
#1,p G la presin de vapor del disolvente cuando est puro
+sin soluto
L1 G la fraccin molar del disolvente en la disolucin
K G si%no de multiplicacin
Entonces, a lo "ue se refiere la propiedad coli%ativa es a
la diferencia entre #1,p y #1 por efecto de introducir un
soluto +Mo$o se supone no voltil el soluto4
7# G #1,p 6 #1 G #1,p 6 #1.p K L1 G #1,p+16L1 G #1,p K L
O7 se refiere a la letra %rie%a delta, variacinP
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Q ya est, f$ate "ue esta diferencia de presin es i%ual a
la presin del disolvente puro +"ue depende de su
naturaleza, de cul es el disolvente y de la fraccin
molar del soluto... "ue mide cunto soluto hay pero no
depende de su Naturaleza.
>$ate tambi)n "ue la diferencia es siempre positiva
+por"ue lo son #1,p y L, as "ue el disolvente siempre
tiene mayor presin de vapor puro "ue en disolucin.
*a e!plicacin intuitiva es muy sencilla4 en un len%ua$e
colo"uial +y mucho diramos "ue, si el soluto se disuelve
es por"ue interacciona con el disolvente, y esto es por"ue
el disolvente est Ra %ustoR con el soluto- y, por tanto,
tiende menos a RescaparseR, a subir como vapor... prefiere
"uedarse en la disolucin.
Si estamos hablando de solutos electrolticos +"ue es tu
pre%unta, la 'ltima ecuacin tienes "ue multiplicarla por
i +>actor de (orreccin de antR off, antes e!plicado ya"ue es importante el n'mero de partculas de soluto.
2.3 !L!ACION D!L UN+O D! !BULLICION
&nteriormente ya hemos definido el punto de ebullicin y el
punto de ebullicin normal.
El aumento del punto de ebullicin de una disolucin
+7Be , con respecto al punto de ebullicin del disolvente
puro, al disolver en )l un soluto no voltil, est dado
por4
7Be G Be,d 6 Be,p G m K Te
7onde4
Be,p G Bemperatura de ebullicin del disolvente puro
Be,d G Bemperatura de ebullicin de la disolucin
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m G es la molalidad
Te G es la constante ebulloscpica del disolvente. Bambi)n
se le denomina
constante molal del punto de ebullicin.
K G si%no de multiplicacin
Banto en esta propiedad, como en la anterior, vu)lvete a
fi$ar en la ecuacin y date cuenta "ue depende de Ral%oR
del disolvente +la constante ebulloscpicacrioscpica y
de otro Ral%oR "ue mide concentracin del soluto
+molalidad.
&mbas ecuaciones +crioscpica y ebulloscpica no son
meramente empricas, se pueden deducir termodinmicamente-
y las constantes Tc y Te son una a%rupacin de parmetros
del disolvente.
Si estamos hablando de solutos electrolticos +"ue es tu
pre%unta, no olvides "ue la ecuacin tienes "ue
multiplicarla por i +>actor de (orreccin de antR off,
antes e!plicado ya "ue es importante el n'mero departculas de soluto.
#ara esta propiedad, tambi)n encontramos una aplicacin de
la vida diaria. En la mayora de las recetas de cocina en
las "ue hay "ue hervir a%ua, hay "ue a8adir sal. #ues bien,
si a8ades la sal desde el principio, va a tardar ms en
hervir el a%ua "ue si slo pones a%ua. U#or "u)V #or"ue si
has a8adido la sal, no ests hirviendo a%ua sino una
disolucin acuosa de un electrolito +otra vez el Na(l... y
su punto de ebullicin es mayor4 necesita ms calor, ms
rato, para alcanzar la temperatura de ebullicin.
$.3 DIS4INUCION D!L UN+O D! CON!LACION
El punto de con%elacin es la temperatura a la cual una
sustancia establece el e"uilibrio slido6l"uido, y a una
determinada presin +suele ser la presin e!terior.
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*a disminucin del punto de con%elacin de una disolucin
+7Bc , con respecto al punto de con%elacin del disolvente
puro, al disolver en )l un soluto est dada por4
7Bc G Bc,p 6 Bc,d G m K Tc
O7 se refiere a la letra %rie%a delta, variacinP
7onde4
Bc,p G Bemperatura de con%elacin del disolvente puro
Bc,d G Bemperatura de con%elacin de la disolucin
m G es la molalidad
Tc G es la constante crioscpica del disolvente. Bambi)n se
le denomina constante molal del punto de con%elacin.
K G si%no de multiplicacin
7e nuevo, la e!plicacin intuitiva, y en len%ua$e
colo"uial, es sencilla4 cuando un l"uido se solidifica +o
con%ela, es lo mismo siempre "ue a presin y temperatura
ambiente la sustancia sea l"uida lo "ue ocurre es"ue las mol)culas interaccionan ms fuertemente- si a8ado
un soluto y se disuelve, si%nifica "ue las mol)culas de
disolvente y soluto estn interaccionando... y estn Rms a
%ustoR $untas "ue separadas. #or tanto, el disolvente
prefiere "uedarse Rl"uidoR $unto al soluto, "ue
RsolidificarseR )l solo.
Qa sabes "ue si estamos hablando de solutos electrolticos
+"ue es tu pre%unta, la ecuacin tienes "ue multiplicarla
por i +>actor de (orreccin de antR off, antes e!plicado
ya "ue es importante el n'mero de partculas de soluto.
Esta propiedad coli%ativa es el fundamento de echar sal al
suelo cuando nieva o hiela. *o "ue estamos haciendo es
a8adir un electrolito +Na(l al a%ua, de forma "ue la
disolucin resultante con%ela a menor temperatura "ue el
a%ua +hielo o nieve inicial.
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(.3 /!SION OS4O+ICA
Si una disolucin y su disolvente puro estn separados por
una membrana semipermeable "ue de$a pasar solamente a las
mol)culas de disolvente, el resultado neto es el paso de
disolvente a la disolucin. Este fenmeno se denomina
smosis.
*a presin osmtica, es la presin "ue se debe aplicar a la
disolucin para "ue no ocurra la smosis. Es decir, el
resultado neto no indi"ue paso del disolvente a trav)s de
la membrana semipermeable. 7ecimos neto por"ue, como
siempre ocurre en Wumica, se trata de un e"uilibrio
dinmico- es decir, constantemente estn pasando mol)culas
de disolvente del disolvente puro a la disolucin y,
tambi)n, viceversa. (uando observamos +macroscpicamente,
claro "ue ha pasado disolvente del puro a la disolucin,
lo "ue ha ocurrido es "ue ms mol)culas han pasado en este
sentido "ue al rev)s +de la disolucin al disolvente puro.
anRt off determin "ue para soluciones diluidas, la
presin osmtica +#, se suele representar por una pi
may'scula, satisface la si%uiente relacin4
# G nJB
7onde4
G es el volumen de la disolucin
n G es el n'mero de moles de soluto
J G es la constante universal de los %ases ideales +G:,:
Oatm6lmol6XT P
B G temperatura absoluta
?na vez ms, se repite la e!plicacin intuitiva. Siempre es
la misma idea4 si ocurre la disolucin del soluto en el
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disolvente es por"ue ambos prefieren Restar $untosR +ms
ri%urosamente4 su ener%a se minimiza al interaccionar-
por lo tanto, cual"uier situacin en la "ue el disolvente
est solo +por"ue se evapora, o se con%ela, o por"ue s
pero puede estar acompa8ado por el soluto +disolucin,
dicho disolvente va a preferir la compa8a antes "ue la
soledad... y de ah "ue se evaporen menos mol)culas
+disminucin de la presin de vapor o aumento del punto de
ebullicin, o "ue se con%elen menos +disminucin del punto
de con%elacin, o "ue las mol)culas pasen a la disolucin
a trav)s de una membrana +presin osmtica.
(omo siempre, si estamos hablando de solutos electrolticos
+"ue es tu pre%unta, el miembro de la derecha de la
ecuacin tienes "ue multiplicarlo por +>actor de (orreccin
de antR off, antes e!plicado ya "ue es importante el
n'mero de partculas de soluto.
Os#osis natural
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Os#osis In5ersa
7e a"u se deduce "ue si nuestro inter)s en el tratamiento
es obtener una corriente de a%ua lo ms diluida posibledeberemos invertir el fenmeno. #ara ello hay "ue vencer la
presin osmtica natural mediante la aplicacin en sentido
contrario de una presin mayor. +er >i%ura 3.
(uando se lo%ra invertir el fenmeno estamos en presencia
de smosis inversa o invertida como se ha dado en llamarla.
En resumen4 si a una corriente de a%ua salada se le aplica
una fuerte presin, lo%raremos obtener un e"uilibrio
distinto del anteriormente descripto en el cual se %eneran
simultneamente dos corrientes4
?na "ue es la "ue atraviesa la membrana, "ueda libre de
slidos disueltos +minerales, materia or%nica, etc. y de
microor%anismos +virus, bacterias, etc.4 'roducto o
'er#eado.
*a otra se va concentrando en esos mismos productos sin "ue
lle%uen a depositarse en la membrana, por"ue la taparan y
se eliminaran en forma continua, constituyendo el
concentrado.
*a relacin entre producto y concentrado constituye la
recuperacin, e!presada en porcenta$e los rechazos para4
Sulfatos +9 @, &rs)nico +99 @, >luoruros +9D @,
Nitratos +91 @, Yacterias, irus y hon%os ms del 9 @.
4e#brana de la Os#osis In5ersa
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Es una membrana "ue tiene una rea RmicroporosaR "ue
rechaza las impurezas y "ue no impide al a%ua de pasar. *a
membrana rechaza las bacterias, pir%enos, y C@69C@ de
slidos inor%nicos. Zones RpolivalentosR son rechazados
ms fcilmente "ue los iones RmonovalentesR. *os slidos
or%nicos con un peso molecular superior a 3:: son
rechazados por la membrana, pero los %ases pasan a trav)s.
*a smosis inversa es una tecnolo%a de rechazo en
porcenta$e. *a pureza del a%ua producida depende de la
pureza del a%ua en el ansa. *a pureza del a%ua producida
por la smosis inversa es ms %rande "ue en el a%ua de
alimentacin +er >i%ura 5.
SIS+!4AS COLOIDAL!S
*os (oloides son sistemas hetero%)neos formados por una
fase dispersante y una o ms fases dispersas. Estos
sistemas difieren de las soluciones verdaderas en el tama8o
de partcula de la fase dispersa. &s, en un sentido
%eneral, cuando se habla de soluciones el tama8o de laspartculas o mol)culas de soluto es siempre inferior a dos
nm, mientras "ue en los sistemas coloides las partculas
dispersas tienen un tama8o "ue vara entre los y los
.::: nm. ?na de las consecuencias fsicas de esta
diferencia de tama8o consiste en "ue los sistemas
coloidales dispersan la luz, +efecto Byndall, mientras "ue
las soluciones verdaderas no.
&dicionalmente, las soluciones difieren de los coloides en
la e!tremada re%ularidad en el tama8o de partcula de los
solutos y en "ue en ellas, siempre e!iste un cierto %rado
de afinidad entre la naturaleza del soluto y la naturaleza
del solvente- esto hace de las soluciones, sistemas
termodinmicamente estables. En los sistemas coloidales el
tama8o de partcula no es constante sino "ue vara dentro
de un amplio ran%o y la afinidad [fase dispersa fase
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dispersante\, puede o no e!istir. En el (uadro No 0.1 se
muestran diversos tipos de sistemas coloidales en funcin
del estado fsico de las fases dispersa y dispersante4
B&Y*& N= 0.1. BZ#=S 7E SZSBE
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#ropiedad Solucin (oloide Suspensin
Bama8o de
partcula
^ nm 1: _ 1:.:::
nm
` 1:.::: nm
omo%eneidad Es homo%)nea Est en ellmite
Eshetero%)nea
&ccin de la
%ravedad
No sedimenta #uede
sedimentar
Sedimenta
>iltrabilidad No filtrable 7ifcilmente
filtrable
>iltrable
E$emplos
(otidianos
Salmuera
&%ua azucarada
&lb'mina
Nubes
San%re
Balcos,
polvos.
*a mayora de los sistemas mencionados anteriormente son de
una %ran importancia industrial o ambiental- a decir
verdad, las Soluciones erdaderas, aun cuando tienen un
comportamiento ms homo%)neo y predecible, no son muy
frecuentes en la naturaleza. En la naturaleza abundan ms
los sistemas comple$os en los "ue el a%ua mantiene
simultneamente una serie de substancias disueltas, en
suspensin y en estado coloidal.
*os sistemas coloidales pueden clasificarse como
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*a estabilidad de un sistema coloidal es una medida de su
capacidad para mantener su estado yo %rado de a%re%acin u
homo%eneidad en todo su volumen. En la mayora de ellos,
la velocidad de sedimentacin de las partculas coloidales
es tan lenta, "ue normalmente prevalece la a%itacin
t)rmica sobre la accin de la %ravedad, en contraste con
otras partculas ms %randes "ue sedimentan
espontneamente. Esto ocurre por"ue las partculas
coloidales poseen car%a el)ctrica y la repulsin mutua "ue
se %enera entre ellas as, como la a%itacin t)rmica,
estabiliza el sistema.
En la mayora de los sistemas coloidales, +Soles, la
separacin de las fases se facilita y acelera
considerablemente cuando se adicionan pe"ue8as cantidades
de sales, con ob$eto de alterar la car%a el)ctrica de las
partculas yo de promover su a%lutinacin y sedimentacin.
Este proceso se conoce como (oa%ulacin _ >loculacin y
tiene amplia aplicacin en los procesos de tratamiento de
a%uas.#ara sedimentar las partculas de un sistema coloidal se
re"uiere en primer lu%ar "ue estas colisionen, pero adems,
"ue en dichas colisiones la adherencia entre las partculas
prevalezca sobre la fuerza de desinte%racin "ue ocasiona
el impacto. Esto implica "ue debe e!istir un e"uilibrio
entre la a%itacin necesaria para dispersar el coa%ulante y
provocar las colisiones y la "uietud necesaria "ue se
re"uiere para "ue la adherencia prevalezca sobre la
desinte%racin.
Boda a%re%acin de partculas de un sistema, "ue da por
resultado la [coa%ulacin 6 floculacin\, produce un
cambio en el estado del sistema disperso y, como
consecuencia una perturbacin de su e"uilibrio o
estabilidad.
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Si bien a nivel industrial es muy importante la estabilidad
de los coloides en productos tales como cremas, talcos,
cosm)ticos, etc., en tratamiento de a%uas residuales es muy
importante la desestabilizacin de los mismos. (uanto me$or
se estabilizan los coloides "ue forman los productos de
consumo diario, tanto mas difcil se tornan los procesos de
floculacin _ coa%ulacin en las plantas de tratamiento de
a%uas residuales.
!SCU!LA D! IN!NI!/8A 4!C9NICA
CU/SO
:u,#ica eneral
+!4A
Solubilidad
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IN!NI!/O
D,a; Ca#ac>(