Disoluciones, Coloides y Otros Sistemas Dispersos

Sistemas Dispersos

¿Qué es un sistema disperso?

Un sistema disperso es una mezcla en la que una sustancia (fase dispersa) está distribuida en otra (fase dispersante). Se clasifican en:

• Soluciones verdaderas: tamaño de partícula < 1 nm (e.g., sal en agua).
• Disoluciones coloidales: tamaño de partícula entre 1 nm y 1 µm (e.g., leche).
• Suspensiones: tamaño de partícula > 1 µm (e.g., arena en agua).

Disoluciones Saturadas y Solubilidad

¿Qué es una disolución saturada?

Una disolución saturada contiene la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en un disolvente a una temperatura específica.

¿A qué se llama solubilidad?

Solubilidad es la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura específica.

Factores que Afectan la Solubilidad

Factores que afectan la solubilidad de solutos sólidos en disolventes líquidos:

• Naturaleza del soluto y disolvente
• Temperatura
• Presión

Factores que afectan la velocidad de disolución:

• Tamaño de partícula del soluto
• Agitación
• Temperatura
• Grado de saturación del disolvente

Curva de Solubilidad

¿A qué se llama curva de solubilidad?

Una curva de solubilidad muestra la cantidad de soluto que se puede disolver en un disolvente a diferentes temperaturas.

Cristalización

¿Qué es una cristalización?

La cristalización es el proceso de formación de cristales a partir de una solución. Se usa para purificar sustancias y separar componentes de mezclas.

Cristalización Fraccionada y Disoluciones Sobresaturadas

¿En qué consiste una cristalización fraccionada?

La cristalización fraccionada separa componentes de una mezcla en función de sus diferentes solubilidades.

¿Qué es una disolución sobresaturada?

Una disolución sobresaturada contiene más soluto del que puede disolver en equilibrio. Se cristaliza por enfriamiento, evaporación del solvente o agregación de un cristal de la sustancia.

Solubilidad del CsI

• CsI en agua: Soluble, ambos son polares.
• CsI en amoniaco líquido: Moderadamente soluble, interacción polar.
• CsI en tetracloruro de carbono: Insoluble, CsI polar, CCl4 apolar.

Influencia de la Temperatura en la Miscibilidad

La solubilidad puede aumentar o disminuir con la temperatura, dependiendo de la naturaleza de los líquidos.

Factores que Afectan la Solubilidad de Gases

Factores que afectan la solubilidad de los gases en los líquidos:

• Temperatura: Solubilidad disminuye con el aumento de temperatura.
• Presión: Solubilidad aumenta con el aumento de presión (Ley de Henry).

Aplicaciones del Descenso del Punto de Congelación

Aplicaciones del descenso en el punto de congelación al añadir un soluto no volátil:

• Anticongelantes: Evitan la congelación de líquidos en motores.
• Preservación de alimentos: Reducción del punto de congelación para mantener los alimentos frescos.

Ósmosis y Celdas Osmóticas

¿Qué es la ósmosis?

Ósmosis es el paso de solvente a través de una membrana semipermeable desde una solución menos concentrada a una más concentrada.

¿Qué es una célula osmótica?

Una célula osmótica es un dispositivo que demuestra el proceso de ósmosis.

Ósmosis Inversa

¿Qué es la ósmosis inversa?

La ósmosis inversa consiste en aplicar presión para forzar el paso del solvente a través de una membrana desde una solución concentrada a una diluida. Se usa en desalinización de agua.

Aerosoles

¿Qué son los aerosoles?

Aerosoles son partículas finas suspendidas en un gas.

Clasificación y ejemplos:

• Aerosoles líquidos: Niebla.
• Aerosoles sólidos: Humo.

Tipos de Dispersiones

• Emulsión líquida: Mezcla de dos líquidos inmiscibles (e.g., leche).
• Aerosol líquido: Líquido disperso en gas (e.g., niebla).
• Sol líquido: Sólidos dispersos en líquidos (e.g., pintura).
• Espuma sólida: Gas disperso en sólido (e.g., espuma de poliestireno).

Disoluciones Coloidales

Disoluciones coloidales con medio de dispersión líquido:

• Emulsión: Líquido en líquido (e.g., mayonesa).
• Sol: Sólido en líquido (e.g., tinta).

Propiedades de las Disoluciones Coloidales

• Efecto Tyndall: Dispersión de luz.
• Movimiento browniano: Movimiento aleatorio de partículas.
• Estabilidad: Resistencia a la sedimentación.

Estabilidad de los Coloides

Procesos que mantienen la estabilidad de los coloides:

• Repulsión electrostática: Cargas similares en las partículas.
• Hidratación: Capas de agua alrededor de las partículas.

Peptización

¿Qué es la peptización?

Peptización es la dispersión de un precipitado en un coloide mediante la adición de un electrolito adecuado.

Pasos:

1. Precipitado Inicial: Sólido formado en una solución.
2. Adición de Electrolito: Iones del electrolito adsorben en la superficie del precipitado.
3. Carga Superficial: Las partículas del precipitado adquieren carga eléctrica.
4. Repulsión Electrostática: Las partículas se repelen y se dispersan en el medio.

Ejemplo: hidróxido férrico.

Floculación de Coloides

Métodos para flocular coloides liófobos:

• Adición de electrolitos: Neutraliza las cargas.
• Cambio de pH: Afecta la solubilidad de las partículas.

Coloide Protector

¿Qué es un coloide protector?

Un coloide protector es una sustancia coloidal que estabiliza otras dispersiones coloidales al adsorberse en la superficie de las partículas y evitar su coagulación.

Ejemplo: Gelatina

Ejercicios de Química

1. ¿Según la teoría de orbitales moleculares, la molécula de F₂ es paramagnética?

Falso

Explicación: La molécula de F₂ es diamagnética, ya que todos los electrones están apareados en sus orbitales moleculares.

2. ¿Los cristales iónicos no conducen la corriente eléctrica?

Falso

Explicación: Los cristales iónicos pueden conducir electricidad en estado fundido o en disolución, cuando los iones están libres para moverse.

3. ¿Un enlace covalente entre dos átomos A y B tendrá tanto mayor carácter iónico cuanto más parecidas sean sus energías de ionización, ya sean pequeñas o elevadas?

Falso

Explicación: El carácter iónico de un enlace covalente depende principalmente de la diferencia de electronegatividad entre los átomos, no de sus energías de ionización.

4. ¿Un enlace de tipo π se puede formar cuando un orbital p_x de un átomo solapa con otro orbital p_x de otro átomo según la dirección del eje x?

Falso

Explicación: Los enlaces π se forman cuando orbitales p de átomos vecinos solapan lateralmente, no necesariamente en la dirección del eje x.

5. ¿De entre los enlaces siguientes (C-N, C-P, C-F y C-O), el de menor carácter covalente es el C-F?

Falso

Explicación: El enlace C-F tiene alto carácter covalente debido a la alta electronegatividad del flúor, haciendo que el enlace sea más polar.

6. ¿La molécula de O₂ es paramagnética?

Verdadero

Explicación: La molécula de O₂ tiene dos electrones desapareados en orbitales moleculares, lo que la hace paramagnética.

7. ¿En la molécula de O₂ existen enlaces O-O que son covalentes con cierto carácter iónico?

Verdadero

Explicación: Aunque el enlace O-O en O₂ es principalmente covalente, hay cierto carácter iónico debido a la diferencia en electronegatividad entre los átomos de oxígeno.

8. ¿A la hora de formar enlaces el boro experimenta una hibridación sp?

Falso

Explicación: El boro típicamente experimenta hibridación sp² cuando forma enlaces, no sp, debido a su configuración electrónica.

9. ¿La molécula de cloroformo es polar?

Verdadero

Explicación: El cloroformo (CHCl₃) es polar debido a la disposición asimétrica de los átomos de carbono, hidrógeno y cloro, generando un momento dipolar neto.

10. ¿Caso de existir, la molécula de B₂ sería paramagnética?

Verdadero

Explicación: La molécula de B₂ sería paramagnética si existiera, ya que cada átomo de boro contribuiría con un electrón no apareado en los orbitales moleculares.

11. ¿Caso de existir, la molécula de Na₂ sería diamagnética?

Falso

Explicación: La molécula de Na₂ sería paramagnética si existiera, debido a que cada átomo de sodio tendría un electrón desapareado en los orbitales moleculares.

12. ¿El carbono utiliza siempre una hibridación sp³?

Falso

Explicación: El carbono puede utilizar diferentes tipos de hibridación (sp, sp², sp³) según la geometría y la estructura de la molécula que forma.

13. ¿Entre las moléculas de amoniaco se establecen enlaces de puente de hidrógeno?

Verdadero

Explicación: El amoniaco (NH₃) forma enlaces de puente de hidrógeno entre el hidrógeno del amonio y el par solitario de electrones del nitrógeno.

14. ¿Entre las moléculas de hidrógeno se establecen enlaces de puente de hidrógeno?

Verdadero

Explicación: Las moléculas de agua (H₂O) se enlazan mediante puentes de hidrógeno entre el hidrógeno unido a un átomo de oxígeno y el par solitario de electrones del otro átomo de oxígeno.

15. ¿Entre las moléculas de CH₄ se establecen enlaces por puente de hidrógeno?

Falso

Explicación: El metano (CH₄) no forma enlaces por puente de hidrógeno, ya que no tiene hidrógenos unidos a átomos electronegativos con pares solitarios de electrones.

16. ¿Entre las moléculas de PH₃ se establecen fuerzas de dispersión?

Verdadero

Explicación: La fosfina (PH₃) experimenta fuerzas de dispersión intermoleculares debido a que el fósforo no forma enlaces de hidrógeno significativos.

17. ¿Para que una molécula tenga enlaces de puente de hidrógeno se necesita que dicha molécula tenga hidrógeno en su estructura?

Verdadero

Explicación: Los enlaces de puente de hidrógeno requieren que el hidrógeno esté unido a átomos altamente electronegativos (como O, N, F) con pares de electrones no enlazantes disponibles.