Propiedades de los Líquidos y Soluciones Químicas: Conceptos y Fórmulas

Líquidos y Soluciones

Líquidos: Son las sustancias que se encuentran en aquel estado en el cual las moléculas, átomos o partículas en general están unidas o enlazadas de tal forma que pueden moverse libremente por la solución, pero que sin embargo no pueden escapar de la misma.

Características de los Líquidos

• Las fuerzas de atracción intermolecular son suficientemente grandes como para mantener a las moléculas cerca unas de otras.
• Los líquidos son más densos y menos compresibles (casi o nada compresibles) que los gases.
• Los líquidos tienen un volumen definido que es independiente de la forma y tamaño del recipiente que los contiene.
• Las fuerzas atractivas no son suficientes como para mantener a las moléculas vecinas en posición fija y las moléculas se mueven.
• De manera que los líquidos pueden vaciarse y asumen la forma del recipiente.

Propiedades de los Líquidos

• Tensión superficial: Es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.
• Presión de vapor: Es la presión ejercida por un vapor en equilibrio dinámico con su líquido a una temperatura dada.
• Punto de ebullición: Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala y establece un equilibrio con la presión atmosférica externa.
• Punto de congelación: Temperatura a la que coexisten en equilibrio las fases sólida y líquida de una sustancia.
• Viscosidad: Es una propiedad relacionada con la resistencia de un líquido a fluir. Su magnitud depende de las fuerzas intermoleculares atractivas y, en algunos casos, de las formas y tamaños de las moléculas.
• Densidad: Es una propiedad física que se refiere al volumen que ocupa una determinada masa de una sustancia, es decir, masa sobre unidad de volumen.
• Capilaridad: Es una propiedad exclusiva de los líquidos, que se origina como resultado de 2 tipos de fuerzas íntimamente relacionadas con la tensión superficial que son la cohesión (atracción intermolecular entre moléculas semejantes) y la adhesión (atracción entre moléculas distintas). Cuando la adhesión es más fuerte que la cohesión, el contenido del líquido contenido en un tubo capilar será impulsado hacia arriba.

Diagrama de Fases

Es una representación gráfica de las condiciones de temperatura y presión a las que existen los sólidos, líquidos y gases (vapores) como fases únicas de los estados de la materia o como 2 o más fases en equilibrio.

Características del Diagrama de Fases

• a.- Las diferentes regiones del diagrama corresponden a una sola fase, o estado de la materia.
• b.- Las líneas curvas o rectas donde se juntan regiones de una sola fase representan 2 fases en equilibrio.
• c.- Los diagramas de fases son la manera gráfica de describir los efectos de la presión y la temperatura en las fases de una sustancia.

Elementos del Diagrama

• La curva de la presión de vapor: Representa la frontera entre los estados líquido y gaseoso de una sustancia. Para una temperatura dada, nos dice la presión de vapor de la sustancia. La presión de vapor termina en un punto crítico.
• Punto crítico: Es la temperatura por encima de la cual un gas no podrá ser licuado independientemente de la presión aplicada, donde la energía cinética es demasiado grande para que las interacciones atractivas puedan vencerla, sin importar la temperatura aplicada.
• Curva de sublimación: Es la línea entre las fases sólida y gaseosa, e indica la presión de vapor del sólido y las temperaturas a las que sublima.
• Curva de evaporación: Es la línea entre las fases líquida y sólida, e indica la temperatura de fusión del sólido como función de la presión. Para la mayoría de las sustancias, el sólido es más denso que el líquido.
• Punto triple: Es aquella condición particular de presión y temperatura donde coexisten en equilibrio las 3 fases de una sustancia.
• Fluido supercrítico: Es un estado que se encuentra a temperaturas y presiones por encima del punto crítico, en el cual el líquido y el sólido se hacen indistinguibles.

Soluciones

Solución: Es una mezcla homogénea de 2 o más sustancias, que tiene una composición constante y propiedades uniformes en una muestra determinada.

• Solvente: Usualmente es la sustancia que se encuentra en mayor concentración en la mezcla.
• Soluto: Es el componente minoritario de la mezcla, y es quien se disuelve en el disolvente.

Unidades de Concentración Físicas y Químicas

Porcentaje peso / peso

Es el número relativo de unidades de peso del soluto por cada 100 partes de disolución.

% peso / peso = [pso d soluto(mg, g o kg) / 100 mg, g o kg solución] x 100

Porcentaje peso / volumen

Es el número relativo de unidades de peso del soluto por volumen de disolución.

% peso / volumen = [pso d soluto(g) / volumen total(ml)] x 100

Porcentaje volumen / volumen

Es el número relativo de unidades de volumen del soluto por volumen total de disolución.

% volumen / volumen = [volumen d soluto / volumen total] x 100

Otras Unidades

• Partes por millón (ppm): Son los miligramos de soluto por cada litro de solución o 1 gramo de soluto por cada 1.000.000 gramos de solución.
• Partes por billón (ppb): Son los microgramos de soluto por cada litro de solución o 1x10^-6 gramos de soluto por cada 1.000.000.000 gramos de solución.
• Molaridad (M): Son los moles de soluto por cada litro de disolución.
  M = moles soluto / Litros Solución
• Molalidad (m): Es el número de moles de soluto disueltos en 1 kg de disolvente.
  m = moles de soluto / masa de disolvente (kg)
• Fracción molar: La fracción molar de una sustancia presente en una solución es la relación de los moles de esa sustancia respecto a los moles totales de la solución:
  X = moles de Soluto / moles totales

Preparación de Soluciones

¿Cómo se prepara una disolución?

• Midiendo (por peso o volumen) las cantidades apropiadas de ambos, el soluto y el disolvente.
• Mezclando las cantidades medidas.
• Diluyendo una disolución de concentración conocida.

La siguiente expresión puede ser usada para calcular una de 4 cantidades cuando las otras 3 son conocidas:

c1 x v1 = c2 x v2

Solubilidad y Curvas

• Solubilidad: Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de solvente a una temperatura específica.
• Curva de solubilidad: Es la gráfica que representa la variación de la solubilidad con la temperatura, y se construye normalmente con los gramos de soluto (aunque en ocasiones pueden representarse con molaridades o porcentaje en masa) por cada 100 g de agua en las coordenadas versus la temperatura en las abscisas.