Fundamentos de Disoluciones Químicas: Concentraciones, Propiedades y Preparación

Conceptos Fundamentales de Concentración

Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias. La concentración de una disolución expresa la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolvente o de disolución. A continuación, se detallan las formas más comunes de expresar la concentración:

Porcentaje en Masa (% m/m)

Indica la masa de soluto por cada 100 unidades de masa de disolución.

% en masa de A = (m_A / m_disolución) · 100 = (m_A / (m_A + m_B)) · 100

Porcentaje en Volumen (% v/v)

Indica el volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de disolución.

% en volumen de A = (V_A / V_disolución) · 100

Concentración en Masa (ρ)

Expresa la masa de soluto por unidad de volumen de disolución.

ρ = m_soluto / V_disolución (g/L)

Concentración Molar (Molaridad, C o M)

Define la cantidad de sustancia (moles) de soluto por litro de disolución.

C = n_soluto / V_disolución (mol/L; M)

Concentración Molal (Molalidad, C_m o m)

Indica la cantidad de sustancia (moles) de soluto por kilogramo de disolvente.

C_m = n_soluto / m_disolvente (mol/kg; m)

Fracción Molar (χ)

Representa la relación entre la cantidad de sustancia (moles) de un componente y la cantidad total de sustancia (moles) de todos los componentes en la disolución.

χ_A = n_A / n_total = n_A / (n_A + n_B)

Propiedades Coligativas y Leyes Relacionadas

Las propiedades coligativas son aquellas que dependen únicamente del número de partículas de soluto en una disolución, y no de la naturaleza de estas partículas.

Ley de Raoult

Establece que la presión parcial de vapor de un componente volátil en una disolución ideal es igual a la presión de vapor del componente puro multiplicada por su fracción molar en la disolución.

• Presión parcial de A: P_A = χ_A · P°_A
• Descenso de la presión de vapor: ΔP = P° - P = P° · χ_soluto

Ley de Henry

Describe la solubilidad de un gas en un líquido, indicando que es directamente proporcional a la presión parcial del gas sobre el líquido a una temperatura constante.

c = k · P

Aumento Ebulloscópico (Aumento del Punto de Ebullición)

El punto de ebullición de una disolución es mayor que el del disolvente puro debido a la presencia de un soluto no volátil.

• ΔT_b = K_b · C_m
• K_b = (R · T²_eb · M) / (1000 · ΔH_vap)

Descenso Crioscópico (Descenso del Punto de Congelación)

El punto de congelación de una disolución es menor que el del disolvente puro debido a la presencia de un soluto.

• ΔT_c = K_c · C_m
• K_c = (R · T²_f · M) / (1000 · ΔH_f)

Presión Osmótica (Π)

Es la presión necesaria para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable, desde una región de menor concentración de soluto a una de mayor concentración.

Π = C · R · T

Procedimientos de Preparación de Disoluciones

Preparación de una Disolución a partir de un Soluto Sólido

Este procedimiento detalla los pasos para preparar una disolución con una concentración específica utilizando un soluto en estado sólido.

1. Determinar la masa de soluto a emplear, considerando si el producto no es puro o está hidratado.
2. Medir la masa de soluto en una balanza analítica.
3. Para ello, utilizar un vidrio de reloj o papel de pesada, tarar la balanza o registrar la masa del recipiente.
4. Con una espátula, colocar poco a poco el soluto en forma de polvo en el recipiente de pesada.
5. Colocar en un vaso de precipitados un poco de disolvente (aproximadamente la mitad del volumen final deseado) y añadir el soluto pesado, removiendo muy bien con una varilla de vidrio hasta su completa disolución.
6. Transferir la mezcla inicial al matraz aforado del volumen requerido, con ayuda de un embudo. Asegurarse de enjuagar el vaso de precipitados y la varilla con pequeñas porciones de disolvente para transferir todo el soluto al matraz.
7. Añadir disolvente al matraz aforado hasta alcanzar el enrase correcto, utilizando una pipeta o un cuentagotas para la precisión final.
8. Tapar el matraz aforado y agitarlo invirtiéndolo varias veces para asegurar una mezcla homogénea.
9. Guardar la disolución en un frasco adecuado, taparlo y etiquetarlo correctamente con la información relevante (nombre de la sustancia, concentración, fecha de preparación, etc.).

Preparación de una Disolución por Dilución

Este procedimiento describe cómo preparar una disolución de menor concentración a partir de una disolución madre más concentrada.

1. Determinar la cantidad de soluto (masa, cantidad de sustancia en moles) que debe contener la disolución final.
2. Calcular el volumen de disolución inicial (disolución madre) necesario para que contenga esa misma cantidad de soluto.
3. Colocar en un matraz aforado del volumen adecuado un poco de disolvente (aproximadamente la mitad del volumen final deseado).
4. Transferir la cantidad calculada de disolución inicial al matraz aforado con ayuda de un embudo. Para mayor precisión, puede ser necesaria una pipeta volumétrica.
5. Añadir disolvente al matraz aforado hasta alcanzar el enrase correcto, utilizando una pipeta o un cuentagotas para la precisión final.
6. Tapar el matraz aforado y agitarlo invirtiéndolo varias veces para asegurar una mezcla homogénea.
7. Guardar la disolución en un frasco adecuado, taparlo y etiquetarlo correctamente con la información relevante.