Influencia de la composición en las propiedades de la disolución
Las propiedades de cualquier disolución dependen directamente del contenido relativo del disolvente y del soluto en ella. Es precisamente su combinación, y no los valores absolutos individuales de masa o volumen, lo que determina las características del sistema.
Del contenido de soluto dependen:
- La intensidad del sabor (por ejemplo, la salinidad).
- La acción conservante.
- La intensidad del color.
- La fuerza del efecto fisiológico (lo cual es crítico al dosificar medicamentos).
Por ejemplo, una cucharadita de sal en un vaso de agua creará una disolución más salada que una cucharada sopera en un cubo entero, a pesar de que la masa absoluta de sal en el segundo caso sea mayor.
Fracción másica de la sustancia
En ciencia, en lugar del término coloquial «fuerza», se utilizan los conceptos de concentración y fracción.
Fracción másica ($\omega$) es la relación entre la masa de una sustancia específica y la masa total de la disolución. Significado físico de la magnitud: muestra la masa de la sustancia en 100 unidades de masa de la disolución (si se expresa en porcentaje).
Para una disolución binaria que consta de soluto ($m_1$) y disolvente ($m_2$), la fórmula es la siguiente: $\omega_1 = \frac{m_1}{m_1 + m_2}$ En porcentaje: $\omega_1 \% = \frac{m_1}{m_1 + m_2} \cdot 100\%$
Según la regla de la suma de fracciones, la suma de las fracciones másicas de todos los componentes de una disolución siempre es igual a la unidad (o 100 %).
Particularidades de los cálculos
Al realizar cálculos, es necesario tener en cuenta una serie de matices químicos y físicos:
- Disolución de hidratos cristalinos. Al entrar en agua, un hidrato cristalino aporta su propia agua de cristalización. El cálculo de la fracción másica de la sal siempre se realiza según la masa de la sustancia anhidra. La masa de la propia disolución se compone entonces de la masa del agua añadida y la porción pesada completa del hidrato cristalino.
- Disolución con reacción química. Al añadir sustancias activas al disolvente (por ejemplo, metales alcalinos al agua), se produce una reacción. Es importante tener en cuenta la estequiometría del proceso: calcular la masa de la nueva sustancia formada y no olvidar restar la masa de los gases liberados de la masa total de la disolución.
- Relación entre parámetros. Para hallar la masa de la disolución, a menudo se utilizan su volumen ($V$) y su densidad ($\rho$): $m_{dis} = V \cdot \rho$.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cómo calcular la concentración molar de una disolución a través del volumen y la cantidad de sustancia?
La concentración molar se calcula como la relación entre la cantidad de soluto y el volumen de la disolución.
- Fórmula de cálculo — $c(X) = \frac{n(X)}{V}$ (o $C_m = \frac{\nu(B)}{V}$), donde $n(X)$ o $\nu(B)$ es la cantidad de sustancia en moles, y $V$ es el volumen de la disolución en litros.
- Unidades de medida — mol/L (para concentraciones bajas se utiliza mmol/L, donde 1 mol/L = 1000 mmol/L).
Según su significado físico, esta magnitud muestra la cantidad de moles de sustancia contenida exactamente en un litro de disolución.
¿Cómo pasar de la fracción másica a la concentración molar de la disolución?
Para pasar de la fracción másica a la concentración molar se utiliza una fórmula universal que relaciona estas magnitudes a través de la densidad de la disolución y la masa molar de la sustancia.
- Fórmula de conversión — $c = \frac{10 \cdot \omega\% \cdot \rho}{M}$ (o $c = \frac{1000 \cdot \omega \cdot \rho}{M}$).
- $\omega\%$ — fracción másica en porcentaje.
- $\omega$ — fracción másica en fracciones de la unidad.
- $\rho$ — densidad de la disolución (g/mL).
- $M$ — masa molar del soluto (g/mol).
El resultado del cálculo se expresa en mol/L.
¿Cómo afecta la temperatura a la solubilidad de las sustancias sólidas?
La solubilidad de la mayoría de las sustancias sólidas aumenta al elevar la temperatura; sin embargo, la naturaleza exacta de esta dependencia está determinada por el efecto térmico de la reacción de disolución. Existe una dependencia termodinámica directa:
| Tipo de proceso | Efecto térmico | Efecto del calentamiento sobre la solubilidad |
|---|---|---|
| Endotérmico | La temperatura baja (se absorbe calor) | La solubilidad de la sustancia aumenta |
| Exotérmico | La temperatura sube (se libera calor) | La solubilidad de la sustancia disminuye |
La fracción másica es una parte del todo: dividimos el soluto entre la suma del soluto y el disolvente.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre fracción y concentración?
La fracción es la relación entre magnitudes homogéneas (masa a masa), mientras que la concentración es entre heterogéneas (por ejemplo, masa a volumen, como en la concentración molar).
¿Cómo calcular la fracción másica al disolver un hidrato cristalino?
En el numerador de la fórmula se utiliza la masa de la sal anhidra, calculada a través de las masas molares, y en el denominador, la masa total del agua añadida y del hidrato cristalino inicial.
¿Cómo calcular la masa de la disolución si se desprende un gas durante la disolución?
La masa de la disolución se compone de la masa del disolvente y del reactivo añadido, menos la masa del gas volatilizado.
Qué más repasar sobre el tema
- Cálculo de la concentración molar a partir de la fracción másica
- Cálculos al aumentar la concentración de las disoluciones (adicción de soluto)
- Cálculos estequiométricos en la titulación (reacción de neutralización)
- Influencia de la concentración en la cinética de las reacciones en disolución
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