Unidades de Concentración
Las unidades de concentración describen la cantidad de soluto disuelta en una cantidad determinada de disolvente o disolución.
Porcentaje en Masa
El porcentaje en masa (también llamado porcentaje en peso o peso porcentual) es la relación de la masa de un soluto en la masa de la disolución, multiplicado por 100%:
Porcentaje en masa = (masa del soluto / masa de la disolución) * 100%
El porcentaje en masa no tiene unidades porque es una relación de cantidades semejantes.
Fracción Molar (X)
La fracción molar de un componente de una disolución, el componente A, se representa como XA y se define como:
Fracción molar de A (XA) = moles de A / (moles de A + moles de B + ...)
La fracción molar no tiene unidades, debido a que también representa una relación de dos cantidades semejantes.
Molaridad (M)
La molaridad se define como el número de moles de soluto en 1 L de disolución, es decir:
Molaridad (M) = moles de soluto / litros de disolución
Molalidad (m)
La molalidad es el número de moles de soluto disueltos en 1 kg (1000 g) de un disolvente, es decir:
Molalidad (m) = moles de soluto / masa del disolvente (kg)
Propiedades Coligativas de las Disoluciones
Disoluciones de No Electrólitos
Las propiedades coligativas son propiedades que dependen solo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.
Disminución de la Presión de Vapor
Si un soluto es no volátil (es decir, no tiene una presión de vapor que se pueda medir), la presión de vapor de sus disoluciones siempre es menor que la del disolvente puro. Esta relación se expresa por la ley de Raoult, que establece que la presión parcial de un disolvente en una disolución, P1, está dada por la presión de vapor del disolvente puro, P°l, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución, X1:
P1 = X1 * P°1
Destilación Fraccionada
La presión de vapor de una disolución tiene relación directa con la destilación fraccionada, procedimiento de separación de los componentes líquidos de una disolución que se basa en la diferencia en sus puntos de ebullición.
Elevación del Punto de Ebullición
El punto de ebullición de una disolución es la temperatura a la cual su vapor de presión iguala a la presión atmosférica externa. Debido a que la presencia de un soluto no volátil disminuye la presión de vapor de una disolución, también debe afectar el punto de ebullición de la misma. La elevación del punto de ebullición (ΔTb) se define como el punto de ebullición de la disolución (Tb) menos el punto de ebullición del disolvente puro (T°b):
ΔTb = Tb - T°b
Disminución del Punto de Congelación
La disminución del punto de congelación (ΔTf) se define como el punto de congelación del disolvente puro (T°f) menos el punto de congelación de la disolución (Tf):
ΔTf = T°f - Tf
Presión Osmótica
Muchos procesos químicos y biológicos dependen de la ósmosis, el paso selectivo de moléculas del disolvente a través de una membrana porosa desde una disolución diluida hacia una de mayor concentración. La presión osmótica (π) de una disolución es la presión que se requiere para detener la ósmosis.
d) De izquierda a derecha: célula sanguínea en una disolución isotónica, en una disolución hipotónica y en una disolución hipertónica.
Disoluciones de Electrólitos
El estudio de las propiedades coligativas de electrólitos precisa un método diferente del que se utiliza para las propiedades coligativas de los no electrólitos. La razón de esto es que los electrólitos en disolución se disocian en iones; por tanto, cuando se disuelve una unidad de un compuesto de un electrólito se separa en dos o más partículas. Por ejemplo, cada unidad de NaCl se disocia en dos iones, Na+ y Cl–. Así, las propiedades coligativas de una disolución de NaCl 0.1 m deben ser el doble de las de una disolución 0.1 m de un no electrólito, como la sacarosa.
Propiedades Ácido-Base del Agua
El agua es un disolvente único. Una de sus propiedades especiales es su capacidad para actuar como ácido o como base. El agua se comporta como una base en reacciones con ácidos como HCl y CH3COOH y funciona como un ácido frente a bases como el NH3. El agua es un electrólito muy débil y, por tanto, un mal conductor de la electricidad, pero experimenta una ligera ionización:
Kw se denomina constante del producto iónico, que es el producto de las concentraciones molares de los iones H+ y OH– a una temperatura en particular.
Fuerza de los Ácidos y las Bases
- Ácidos fuertes: Son aquellos que se ionizan completamente en agua. Ejemplo: ácido clorhídrico (HCl).
- Ácidos débiles: Se ionizan solo parcialmente en agua. Ejemplos: ácido fluorhídrico (HF), ácido acético (CH3COOH).
Ka, la constante de ionización de un ácido, es la constante de equilibrio para la ionización de un ácido.
Constante de ionización de una base (Kb), que es la constante de equilibrio para la reacción de ionización.
Ácidos Dipróticos y Polipróticos
El tratamiento de los ácidos dipróticos y polipróticos es más complicado que el de los ácidos monopróticos porque dichas sustancias pueden ceder más de un ion hidrógeno por molécula. Estos ácidos se ionizan por etapas, es decir, pierden un protón cada vez.
Ejemplos:
- Diprótico: H2CO3
- Polipróticos: H3PO4