Disoluciones


Una disolución, también llamada solución, es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o más sustancias químicas, que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. El tamaño molecular de la partículas debe ser inferior a 10-9 m.
Se llama mezcla coloidal cuando el tamaño de partícula va de 10-9 m a 2.10-7 m.
Se llama suspensión cuando el tamaño de las partículas es del orden de 2.10-7 m.

Componentes de una disolución: Soluto y disolvente
Frecuentemente, uno de los componentes es denominado solvente, disolvente, dispersante o medio de dispersión y los demás solutos. Los criterios para decidir cuál es el disolvente y cuáles los solutos son más o menos arbitrarios; no hay una razón científica para hacer tal distinción. Se suele llamar solvente al componente que tiene el mismo estado de agregación que la disolución; y soluto o solutos, al otro u otros componentes. Si todos tienen el mismo estado, se llama disolvente al componente que interviene en mayor proporción de masa, aunque muchas veces se considera disolvente al que es más frecuentemente usado como tal.



Clasificación de disoluciones:

Según el número de componentes:
  • Binarias
  • Ternarias
  • ....
Según estado físico de soluto y disolvente:

 
Según la proporción de los componentes:
  • Disolución diluida: es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene está en mínima proporción en un volumen determinado.
  • Disolución concentrada: tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.
  • Disolución insaturada: no tiene la cantidad máxima posible de soluto para una temperatura y presión dadas.
  • Disolución saturada: tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presión dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.
  • Disolución sobresaturada: contiene más soluto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y presión dadas. Si se calienta una solución saturada se le puede agregar más soluto; si esta solución es enfriada lentamente y no se le perturba, puede retener un exceso de soluto pasando a ser una solución sobresaturada. Sin embargo, son sistemas inestables, con cualquier perturbación el soluto en exceso precipita y la solución queda saturada; esto se debe a que se mezclaron.

Según el carácter molecular de los componentes:
  • Conductoras. Los solutos están ionizados (electrolitos) tales como disoluciones de ácidos, bases o sales,...
  • No conductoras. El soluto no está ionizado


Concentración (formas de expresarla)

Solubilidad: Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente. La solubilidad varía con la temperatura (curvas de solubilidad). Normalmente, se mide la cantidad de soluto que es capaz de disolverse en 100 g de disolvente.
Como se ve en la gráfica,  la solubilidad no aumenta siempre con la temperatura, ni varía de manera lineal.

Concentración en gramos/litroExpresa la masa en gramos de soluto por cada litro de disolución.
 
Tanto por ciento en masa. Expresa la masa en gramos de soluto por cada 100 g de disolución.
 
Tanto por ciento en volumen. Expresa la masa en cm3 de soluto por cada 100 cm3 de disolución.
 
Molaridad. Expresa el número de moles de soluto por cada litro de disolución.
 

Fracción molar. Expresa la proporción en que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales de disolución.



Molalidad (se usa sólo para propiedades coligativas). Expresa el número de moles de soluto que contiene un kilogramo de disolvente.

Propiedades coligativas: 
Las disoluciones tienen diferentes propiedades que los disolventes puros. Es lógico pensar que cuánto más concentradas estén las disoluciones mayor diferirán las propiedades de éstas de las de los disolventes puros. Se llaman propiedades coligativas a aquellas que varían en función de la cantidad de soluto que se disuelva en una disolución.
Son las siguientes:
  • Disminución de la presión de vapor.   P´ = Xdte Pº    Esta fórmula nos permite enunciar la ley de Raoult: la presión de vapor de la disolución (P´) es igual a la presión de vapor del disolvente puro (Pº) por la fracción molar del disolvente en la disolución (Xdte).
  • Aumento de temperatura de ebullición. DTeb = Ke m
  • Disminución de la temperatura de fusión. DTf = Kc m

Tabla de constantes crioscopicas (Kc) y ebulloscopicas (Ke)
  • Ósmosis: Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración. Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica.
  • Presión osmótica (presión hidrostática necesaria para detener el flujo de disolvente puro a través de una membrana semipermeable). p= c R T , donde p representa la presión osmótica, c es la Molaridad (mol/litro) de la disolución, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta.


Desalinización por ósmosis inversa 
La Ósmosis inversa (OI) es un proceso en el que se obtiene agua dulce del agua salada. La ósmosis natural es un fenómeno que consiste en que, si hay una membrana semipermeable separando dos soluciones con el mismo disolvente, el disolvente pasa a través de ella, pero no las sales disueltas, desde el lado donde la concentración de sales es más baja hacia la más alta, hasta que a ambos lados de la membrana las soluciones tienen la misma concentración. Este proceso se realiza sin aporte de energía exterior, y se genera mediante la que se llama presión osmótica.
La ósmosis inversa consiste en hacer pasar por la membrana semipermeable el disolvente (en este caso agua) desde el lado donde está la solución más concentrada (el agua de mar, con sales disueltas), hacia el lado contrario, sin que pasen las sales. En este caso se requiere energía, en forma de presión, que será ligeramente superior a la presión osmótica que haría pasar el solvente de baja concentración hacia el lado de la alta concentración. La presión necesaria para conseguir la ósmosis inversa depende de la cantidad de sales disueltas y del grado de desalinización que se quiera obtener.  
Está en fase de investigación el uso de una lámina de grafeno con poros de 1,8 nm para sustituir las membranas en el proceso de osmosis invertida para la desalinización del agua. Según las investigaciones actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía.