1. Mezclas y disoluciones.
Una mezcla es un material formado por dos o más sustancias (=componentes), sin que se produzca una reacción química entre ellas. Se dividen en homogéneas (no se pueden distinguir los componentes) y heterogéneas (se pueden distinguir los componentes). Las mezclas homogéneas se llaman disoluciones, mientras que las heterogéneas se suelen llamar simplemente mezclas.
Las emulsiones son un tipo de mezcla que se da entre líquidos no miscibles, generalmente por agitación; de esa manera se producen micro gotas de uno de ellos que se dispersan por el otro, dando un aspecto homogéneo a la mezcla, pero que con tiempo suficiente, se deshace, formándose de nuevo las dos capas de líquido originales. Es lo que sucede cuando una mezcla de aceite y agua se agita fuertemente. Si se desea mantener la emulsión, se añade alguna sustancia que la estabilice. Eso es lo que ocurre con el huevo cuando se hace mayonesa: el huevo hace de emulsionante, estabilizando la emulsión de aceite y agua.
La suspensión es similar, pero en este caso es un sólido y un líquido; cunado se agita, la mezcla adquiere un aspecto homogéneo, pero si se deja reposar lo suficiente, el sólido termina depositándose en el fondo del envase.
Una aleación es el resultado de mezclar con un metal otros metales o elementos químicos cuando en estado líquido. Cuando solidifica, el nuevo material tiene propiedades distintas, generalmente mejoradas, respecto del metal original. Se puede decir que es una disolución sólida.
Se denomina filtración al proceso de separación de sólidos, en el cual se separa un sólido de un líquido tras hacer pasar a éste por un filtro cuyos poros impiden el paso del primero.
Una variante de esta técnica es la filtración a vacío, que consigue que sea mucho más rápida, y que se hace con un embudo Buchner de fondo plano, que se ajusta a un kitasatos que se conecta a un sistema de vacío.
La suspensión es similar, pero en este caso es un sólido y un líquido; cunado se agita, la mezcla adquiere un aspecto homogéneo, pero si se deja reposar lo suficiente, el sólido termina depositándose en el fondo del envase.
Una aleación es el resultado de mezclar con un metal otros metales o elementos químicos cuando en estado líquido. Cuando solidifica, el nuevo material tiene propiedades distintas, generalmente mejoradas, respecto del metal original. Se puede decir que es una disolución sólida.
2. Técnicas de separación.
Filtración:
Se denomina filtración al proceso de separación de sólidos, en el cual se separa un sólido de un líquido tras hacer pasar a éste por un filtro cuyos poros impiden el paso del primero.
Una variante de esta técnica es la filtración a vacío, que consigue que sea mucho más rápida, y que se hace con un embudo Buchner de fondo plano, que se ajusta a un kitasatos que se conecta a un sistema de vacío.
Evaporación:
Consiste en calentar la mezcla hasta el punto de ebullición de uno de los componentes, y dejarlo hervir hasta que se evapore totalmente. Este método se emplea si no tenemos interés en utilizar el componente evaporado. Los otros componentes quedan en el envase.
Destilación:
Proceso de separación de los líquidos que componen una mezcla mediante vaporización y condensación. El líquido que tiene menor punto de ebullición se evapora antes que el otro, pudiéndose entonces separar mediante su condensación.
Haz click AQUÍ para ver una explicación de la destilación.
Si los puntos de ebullición de ambos líquidos son muy semejantes, es necesario acoplar al sistema de destilación una columna denominada de fraccionamiento, que consigue enriquecer la fase gaseosa en el componente más volátil, mejorando la separación. Esta es la manera en que se separan los componentes del petróleo en las refinerías.
Cromatografía:
La cromatografía es un método físico de separación basado en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla. La separación se produce porque los componentes de la mezcla tienen diferente afinidad entre el soporte en el que se hace la cromatografía (papel) y el líquido que los arrastra por él o eluyente (agua). Eso hace que los componentes se muevan por el soporte a diferente velocidad, separándose entre sí.
Existen muchas técnicas cromatográficas: en papel, de capa fina, en columna, de alta presión, de gases, etc., teniendo cada una de ellas un ámbito diferente de uso.
Extracción líquido-líquido:
Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente inmiscible con el anterior en el que son más solubles.
3. Cantidad de sustancia: el mol
Se define mol como la cantidad de materia que contiene el número de Avogadro de unidades elementales de la misma. Coincide con el peso atómico o molecular expresado en gramos. El número de Avogadro es el número de átomos contenidos en 12 g de 12C, y es igual a 6.023·1023.
4. Concentración
Se denomina concentración a cualquier magnitud que exprese la relación entre la cantidad de soluto y de disolvente de una disolución. Existen muchas unidades de concentración diferentes, cada una con sus ventajas e inconvenientes:
- g/L: gramos de soluto por litro de disolución
- % (p/p): porcentaje en peso del soluto respecto al total de la disolución, suele ir acompañada de la densidad de la disolución
- M ó mol/L: molaridad, número de moles de soluto por litro de disolución; es la unidad química por excelencia
- m: molalidad, número de moles de soluto por kilogramo de disolvente
- X: fracción molar, número de moles de soluto entre número de moles totales
Desde un punto de vista práctico, las disoluciones se suelen clasificar en diluidas (M<0.5 M), concentradas (0.5 M<M<1 M) y muy concentradas (M>1 M). En general, conviene trabajar siempre con disoluciones diluidas, pues de éstas se conocen sus propiedades y comportamiento.
5. Propiedades coligativas
Se denominan propiedades coligativas a aquellas propiedades de las disoluciones que sólo dependen del número de partículas disueltas en ella y no de su naturaleza química. Es decir, son propiedades que dependen de la concentración de soluto en la disolución.
Son cuatro: descenso de la presión de vapor del disolvente, aumento ebulloscópico, descenso crioscópico y presión osmótica.
Enlace a lección completa sobre las propiedades coligtivas
Enlace a lección completa sobre las propiedades coligativas con ejercicios resueltos
Las disoluciones tienen siempre una menor presión de vapor que el disolvente puro (ver concepto de presión de vapor en tema anterior). La presión de vapor de una disolución viene dada por la fórmula:
o ley de Raoult, donde p es la presión de vapor de la disolución, p0 es la del disolvente puro y Xd es la fracción molar del disolvente.
Son cuatro: descenso de la presión de vapor del disolvente, aumento ebulloscópico, descenso crioscópico y presión osmótica.
Enlace a lección completa sobre las propiedades coligtivas
Enlace a lección completa sobre las propiedades coligativas con ejercicios resueltos
5.1. Descenso de la presión de vapor del disolvente.
Las disoluciones tienen siempre una menor presión de vapor que el disolvente puro (ver concepto de presión de vapor en tema anterior). La presión de vapor de una disolución viene dada por la fórmula:
5.2. Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico
La disoluciones hierven a una temperatura superior a la del disolvente y se congelan a una temperatura inferior. En ambos casos, la diferencia de temperatura es proporcional a la molalidad de la disolución:
ΔTc = Kc·m
ΔTb = Kb·m
donde Kc y Kb son las constantes crioscópica y ebulloscópica del disolvente. Para el agua valen, Kc=1.86 y Kb=0.52.
5.3. Presión osmótica
Se llama ósmosis al proceso por el que un disolvente pasa a través de membranas semipermeables desde una disolución diluida a una concentrada, intentando igualar las concentraciones de ambas, para alcanzar la condición de equilibrio, en que ambas disoluciones tengan la misma presión de vapor. Si colocamos la disolución y el disolvente en un tubo en U con la membrana situada en el centro, e inicialmente a la misma altura, el proceso llevaría a una situación en que la rama de la disolución subiría por el paso del disolvente a la misma, y obviamente la otra rama descendería. Esta diferencia de alturas se traduce en una presión hidrostática que la disolución ejerce sobre el disolvente a través de la membrana, estas presión se llama presión osmótica.
Van’t Hoff tuvo la idea de que las partículas de soluto de una disolución diluida se comportarían de manera semejante a las de un gas ideal, de tal manera que la presión que ejercerían sería
π·V = n·R·T
donde p es la presión osmótica en atm, V es el volumen de disolución, n, el número de moles de soluto, R, la constante de los gases y T la temperatura en Kelvin. Despejando p, y puesto que n/V es M, la concentración molar:
π = M·R·T
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