Disoluciones
Una disolución es una mezcla homogénea compuesta por dos o más sustancias, en la que una de ellas se denomina soluto (la sustancia que se disuelve) y la otra es el disolvente (la sustancia en la que se disuelve el soluto). En nuestra vida diaria, las disoluciones son muy comunes: el agua con sal, el azúcar en el café, o incluso el aire que respiramos (una disolución de gases) son ejemplos de ello.
Entender cómo se expresa la concentración de una disolución y cómo se comporta bajo diferentes condiciones es clave tanto en química como en muchas aplicaciones prácticas, desde la medicina hasta la industria alimentaria.
Formas de expresar la concentración
La concentración de una disolución indica la cantidad de soluto que está presente en una determinada cantidad de disolvente o de disolución. Existen varias formas de expresar la concentración, y cada una se adapta a diferentes situaciones. A continuación, explicamos las formas más comunes:
Masa:
El porcentaje en masa indica cuánta masa de soluto está presente en 100 partes de masa total de la disolución. Es una forma útil de expresar concentraciones cuando trabajamos con sólidos disueltos en líquidos o con mezclas de sólidos.
% masa = (masa del soluto / masa de la disolución) * 100
Volumen:
El porcentaje en volumen es utilizado principalmente para disoluciones de líquidos en líquidos. Indica cuánto volumen de soluto hay en 100 partes de volumen de disolución.
% volumen = (volumen del soluto / volumen de la disolución) * 100
Molaridad:
La molaridad es una de las formas más utilizadas en química para expresar la concentración de una disolución. Se define como el número de moles de soluto por litro de disolución.
M = (moles de soluto / litros de disolución)
Molalidad:
La molalidad mide la cantidad de moles de soluto por kilogramo de disolvente. A diferencia de la molaridad, la molalidad no depende de la temperatura, lo que la hace especialmente útil cuando hay cambios de temperatura significativos.
M = (moles de soluto / kilogramos del disolvente)
Fracción Molar:
La fracción molar es la proporción del número de moles de una sustancia respecto al número total de moles presentes en la disolución. Es una cantidad adimensional (no tiene unidades) y es útil cuando queremos comparar las proporciones de las diferentes sustancias en una mezcla.
Xa = (moles de soluto / moles de soluto + moles de disolvente)
Propiedades coligativas
Las propiedades coligativas son propiedades de las disoluciones que dependen únicamente del número de partículas de soluto presentes en el disolvente, y no de la naturaleza del soluto. Estas propiedades se manifiestan en cambios en el comportamiento del disolvente cuando se le añade un soluto no volátil (que no se evapora fácilmente).
Ascenso ebulloscópico
El ascenso ebulloscópico es el aumento en la temperatura de ebullición de un disolvente cuando se le añade un soluto no volátil. Esto sucede porque la presencia del soluto hace que el disolvente necesite más energía (calor) para poder entrar en ebullición.
La variación en la temperatura de ebullición (ΔTb) se calcula mediante la siguiente fórmula:
ΔTb = Kb * m
Kb = es la constante ebulloscópica del disolvente.
M = es la molalidad de la disolución.
Descenso crioscópico
El descenso crioscópico es la disminución de la temperatura de congelación de un disolvente cuando se le añade un soluto no volátil. Esto ocurre porque las partículas del soluto interfieren en la formación del sólido (hielo, en el caso del agua), lo que hace que el disolvente necesite enfriarse más para congelarse.
La fórmula que describe el descenso crioscópico (ΔTf) es:
ΔTf = Kf * m
Kf = es la constante crioscópica del disolvente.
m = es la molalidad de la disolución.
Presión osmótica
La presión osmótica es la presión que se necesita aplicar para detener el flujo de agua a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de diferente concentración. Esta propiedad es especialmente importante en procesos biológicos, como el funcionamiento de las células, ya que la ósmosis controla el movimiento del agua dentro y fuera de ellas.
La ecuación de la presión osmótica (π) es:
π = M * R * T
M = es la molaridad de la disolución.
R = es la constante de los gases.
T = es la temperatura absoluta (en kelvins).