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2° medio · Química
Propiedades coligativas de las soluciones · Concentración y solubilidad de las soluciones

Diluciones, mezclas y solubilidad

En una once, alguien prepara un jugo de frutilla con concentrado: pone un chorrito y completa con agua hasta llenar la jarra. Sigue siendo el mismo jugo, pero ahora sabe mucho más suave. ¿Qué cambió y qué quedó igual? Y si la misma jarra se deja al sol, ¿por qué la bebida gaseosa de al lado pierde las burbujas tan rápido? En esta página respondemos ambas preguntas con química.

Qué cambia y qué se conserva al diluir

Diluir es agregar solvente a una solución. Le sumas agua, pero no le sacas ni le agregas soluto. Por eso:

  • La cantidad de soluto (en mol) se mantiene.

  • El volumen de la solución aumenta.

  • La concentración disminuye, porque el mismo soluto queda repartido en más volumen.

Una solución concentrada con 6 partículas de soluto en un volumen pequeño y la misma solución diluida con las mismas 6 partículas en un volumen mayor V₁ pequeño concentrada + agua V₂ mayor diluida

Las 6 partículas son las mismas en los dos vasos. Lo que cambió es cuánto espacio tienen.

Practica★☆☆Sin empezar
Cuando se diluye una solución agregando agua, algunas magnitudes cambian y otras se mantienen. Indica cuáles de las siguientes magnitudes se mantienen y cuáles cambian:…

Cuando se diluye una solución agregando agua, algunas magnitudes cambian y otras se mantienen. Indica cuáles de las siguientes magnitudes se mantienen y cuáles cambian: cantidad de soluto (mol), volumen de la solución, concentración molar y masa de solvente. Justifica cada respuesta.

Resolver

La ecuación C₁V₁ = C₂V₂

Si la cantidad de soluto no cambia, podemos igualar la cantidad antes y después. Como $n = C \cdot V$ (concentración molar por volumen en litros):

¿Por qué funciona? Porque $C_1V_1$ es la cantidad de soluto antes de diluir y $C_2V_2$ la cantidad después, y esas dos cantidades son iguales. Como las unidades de volumen se cancelan a ambos lados, puedes usar mL sin convertir, siempre que uses la misma en los dos.

Practica★☆☆Sin empezar
Se toman 50 mL de una solución $2{,}0\ \text{mol/L}$ y se diluyen con agua hasta un volumen final de 250 mL. Calcula la concentración de la solución diluida usando…

Se toman 50 mL de una solución $2{,}0\ \text{mol/L}$ y se diluyen con agua hasta un volumen final de 250 mL. Calcula la concentración de la solución diluida usando $C_1 V_1 = C_2 V_2$.

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Practica★★☆Sin empezar
En el laboratorio se necesitan 500 mL de una solución de $0{,}10\ \text{mol/L}$ a partir de una solución madre de $1{,}0\ \text{mol/L}$. a) Calcula el volumen de…

En el laboratorio se necesitan 500 mL de una solución de $0{,}10\ \text{mol/L}$ a partir de una solución madre de $1{,}0\ \text{mol/L}$.

  1. a) Calcula el volumen de solución madre que hay que medir.
  2. b) Describe brevemente el procedimiento para preparar la dilución con material de laboratorio.
Resolver

Cómo se prepara una dilución en el laboratorio

Calcular es la mitad del trabajo; la otra mitad es prepararla con exactitud. El material habitual:

  • Pipeta (aforada o graduada) para medir con precisión el volumen de la solución madre.

  • Matraz de aforo del volumen final que quieres (por ejemplo, 250 mL), que tiene una marca (el aforo) para completar con exactitud.

  • Vaso de precipitado para trasvasijar, y piseta con agua destilada.

Practica★★★Sin empezar
Un laboratorio del liceo dispone de ácido clorhídrico concentrado de $12\ \text{mol/L}$ y necesita preparar 1,00 L de solución de $0{,}50\ \text{mol/L}$. a) Calcula el…

Un laboratorio del liceo dispone de ácido clorhídrico concentrado de $12\ \text{mol/L}$ y necesita preparar 1,00 L de solución de $0{,}50\ \text{mol/L}$.

  1. a) Calcula el volumen de ácido concentrado que se debe usar.
  2. b) Indica cuánta agua aproximada se agrega, suponiendo volúmenes aditivos.
  3. c) Argumenta por qué en la práctica se agrega el ácido sobre el agua y no el agua sobre el ácido concentrado.
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Mezcla de soluciones

Si mezclas dos soluciones del mismo soluto, el soluto total es la suma de lo que aporta cada una, y el volumen final es la suma de los volúmenes (cuando los consideramos aditivos).

El porqué: es un promedio de las concentraciones, ponderado por el volumen de cada una. Si hay más volumen de la solución concentrada, la mezcla se parece más a ella.

Practica★★☆Sin empezar
Se mezclan 200 mL de una solución de NaCl $0{,}50\ \text{mol/L}$ con 300 mL de otra solución de NaCl $0{,}20\ \text{mol/L}$. Considera que los volúmenes son aditivos. a)…

Se mezclan 200 mL de una solución de NaCl $0{,}50\ \text{mol/L}$ con 300 mL de otra solución de NaCl $0{,}20\ \text{mol/L}$. Considera que los volúmenes son aditivos.

  1. a) Calcula la cantidad total de NaCl en la mezcla.
  2. b) Calcula la concentración molar final.
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Se dispone de 150 mL de una solución de glucosa $0{,}80\ \text{mol/L}$ y de una solución de glucosa $0{,}20\ \text{mol/L}$. Considera volúmenes aditivos. a) Calcula qué…

Se dispone de 150 mL de una solución de glucosa $0{,}80\ \text{mol/L}$ y de una solución de glucosa $0{,}20\ \text{mol/L}$. Considera volúmenes aditivos.

  1. a) Calcula qué volumen de la solución $0{,}20\ \text{mol/L}$ hay que agregar para obtener una mezcla de $0{,}50\ \text{mol/L}$.
  2. b) Un compañero propone obtener una solución de $0{,}10\ \text{mol/L}$ mezclando solo estas dos soluciones. Argumenta si es posible y qué habría que hacer en su lugar.
Resolver

Solubilidad y curvas de solubilidad

No siempre puedes seguir agregando soluto: llega un momento en que ya no se disuelve más. La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad dada de solvente a una temperatura determinada. Suele expresarse en g de soluto por 100 g de agua. Además de la temperatura, depende de la naturaleza del soluto y del solvente: lo semejante disuelve a lo semejante. Por ejemplo, la sal se disuelve bien en agua, pero el aceite no se disuelve en agua.

Según cuánto soluto hay disuelto, una solución puede ser:

Tipo Qué ocurre
Insaturada Hay menos soluto que el máximo: todavía admite más.
Saturada Tiene justo el máximo disuelto a esa temperatura.
Sobresaturada Tiene más que el máximo; es inestable y el exceso puede precipitar.

Una curva de solubilidad muestra cómo cambia la solubilidad con la temperatura. En la mayoría de los sólidos, al subir la temperatura aumenta la solubilidad.

Curva de solubilidad de una sal: la solubilidad en g por 100 g de agua aumenta con la temperatura; los puntos bajo la curva son soluciones insaturadas y los puntos sobre la curva, sobresaturadas insaturada sobresaturada saturada (curva) Temperatura (°C) Solubilidad (g/100 g agua)
  • Un punto sobre la curva: solución saturada.

  • Un punto bajo la curva: insaturada.

  • Un punto por encima de la curva: sobresaturada.

Practica★★☆Sin empezar
La solubilidad aproximada del nitrato de potasio, $KNO_3$, en agua es la siguiente: | Temperatura ($^\circ\text{C}$) | 20 | 40 | 60 | |---|---|---|---| | Solubilidad (g…

La solubilidad aproximada del nitrato de potasio, $KNO_3$, en agua es la siguiente:

Temperatura ($^\circ\text{C}$) 20 40 60
Solubilidad (g por 100 g de agua) 32 64 110
  1. a) Se disuelven 50 g de $KNO_3$ en 100 g de agua a $40\ ^\circ\text{C}$. Indica si la solución es saturada, insaturada o sobresaturada.
  2. b) Si esa solución se enfría hasta $20\ ^\circ\text{C}$, calcula cuántos gramos de sal precipitan.
Resolver

Solubilidad de los gases

Con los gases ocurre lo contrario que con la mayoría de los sólidos. Dos factores mandan:

  • Temperatura: al subirla, la solubilidad del gas disminuye. Las partículas del gas ganan energía y escapan del líquido con más facilidad.

  • Presión: al aumentarla, la solubilidad del gas aumenta. Esto lo resume cualitativamente la ley de Henry: más presión del gas sobre el líquido, más gas disuelto.

Piensa en una bebida gaseosa. En la botella cerrada hay mucho $CO_2$ disuelto, mantenido por la presión. Al abrirla, la presión baja a la atmosférica y el gas sobrante sale en forma de burbujas. Si además la bebida se entibia, el gas es aún menos soluble y escapa más rápido.

Botella cerrada con gas disuelto a alta presión y botella abierta con burbujas que escapan porque baja la presión cerrada: alta presión abierta: presión baja
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Al abrir una botella de bebida gaseosa se forman burbujas, y si la bebida se deja entibiar pierde gas más rápido. Explica estos dos hechos usando los factores que…

Al abrir una botella de bebida gaseosa se forman burbujas, y si la bebida se deja entibiar pierde gas más rápido. Explica estos dos hechos usando los factores que influyen en la solubilidad de un gas en un líquido.

Resolver

Vuelve al principio: al hacer el jugo, agregar agua no cambia la cantidad de soluto, solo la reparte en más volumen, y por eso sabe más suave. La bebida gaseosa tibia pierde gas porque la solubilidad de un gas disminuye al subir la temperatura.

Resumen

  • Al diluir, la cantidad de soluto se mantiene; aumentan el volumen y disminuye la concentración: $C_1V_1 = C_2V_2$.

  • En el laboratorio se mide la madre con pipeta, se completa con agua en un matraz de aforo hasta la marca, y el ácido se agrega siempre sobre el agua.

  • Al mezclar soluciones: $C_f = \dfrac{C_1V_1 + C_2V_2}{V_1 + V_2}$; el resultado queda entre las dos concentraciones iniciales.

  • La solubilidad es el máximo de soluto que se disuelve a cierta temperatura: la solución puede ser insaturada, saturada o sobresaturada, y una curva de solubilidad permite leerlo.

  • En los gases, la solubilidad baja al subir la temperatura y sube al aumentar la presión.

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