1- ¿Qué es una disolución?
Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias, es decir, mezclas cuyos componentes no se pueden distinguir a simple vista.
Sin embargo, antes de empezar a estudiar las disoluciones, debemos recordar qué son las sustancias puras, las mezclas y sus tipos.
Recordemos algunos conceptos:
La materia, que es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, se clasifica según su pureza, en sustancias puras y en mezclas.
1.1- Las sustancias puras: son aquellas que tienen una composición fija. Corresponde a la materia que posee una composición definida, esto quiere decir, que no varía de una muestra a otra. Además, poseen propiedades características como la densidad, temperatura, el color, etc.
Las sustancias puras se clasifican en elementos y compuestos.
Un elemento es aquella sustancia que no puede descomponerse en sustancias más simples, siendo su unidad fundamental el átomo. En otras palabras, un elemento químico es un tipo de materia constituida por un solo tipo de átomos. Además, son representados mediante símbolos en la Tabla Periódica, como, por ejemplo, el cobre (Cu) o el estaño (Sn).
Un compuesto, por otro lado, es una sustancia pura constituida por dos o más tipos de elementos combinados en diferentes proporciones. Por lo que, contienen dos o más átomos diferentes, en cantidades fijas y exactas. Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2), se constituye de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno
Además, los compuestos se pueden descomponer en sustancias más simples a través de métodos químicos. La electrólisis es un método que permite descomponer compuestos a través del paso de la electricidad desde una fuente externa.
Por ejemplo, el agua (H2O) está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En el caso del agua, la electrólisis permite separar sus elementos constituyentes: hidrógeno y oxígeno.
En la siguiente imagen, puedes observar ejemplos de sustancias puras.
1.2 Las mezclas: Son combinaciones de dos o más sustancias, en las que cada una de estas conserva sus propiedades químicas. En las mezclas, la composición puede variar, a diferencia de las sustancias puras que tienen una composición fija.
Como mencionamos, las mezclas se caracterizan por tener una composición variable, y pueden ser separadas mediante procesos físicos. Existen dos tipos de mezclas:
– Mezclas heterogéneas: Son mezclas en las que se observan a simple vista sus componentes, ya que estos no se encuentran uniformemente distribuidos. Por ejemplo, al mezclar agua y aceite se observan dos fases.
– Mezclas homogéneas: Son conocidas como disoluciones, y son mezclas en las que los componentes no pueden observarse a simple vista, ya que sus componentes se encuentran distribuidos de manera uniforme. Por ejemplo, cuando mezclamos agua con sal se observa una sola fase.
a) De acuerdo al tamaño de las partículas, las mezclas heterogéneas se clasifican como coloides y suspensiones.
– Coloides: Son partículas que se encuentran suspendidas en un medio, el cual puede ser el agua. Estas partículas constituyen la fase dispersa y el medio en el cuál estas se dispersan se denomina fase dispersante. La fase dispersa se encuentra en menor proporción y está constituida por pequeñísimas partículas, gotas o burbujas, llamadas micelas.
Por ejemplo, la leche está formada por pequeñas gotitas de grasa dispersas en agua.
Cabe destacar que el tamaño de las partículas dispersas determina si una mezcla es un coloide, ya que estas se deben encontrar entre 1 – 1 000 nm. Además, los coloides se pueden encontrar en estado sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, los más comunes son los que poseen agua como medio dispersante.
Otros ejemplos de coloides son la espuma de afeitar y el humo.
– Suspensiones: Son mezclas que están formadas por un sólido insoluble, denominado fase dispersa, en un líquido llamado fase dispersante. En otras palabras, las suspensiones son mezclas en las que una sustancia o partícula es visible porque esta no se disuelve en un medio dispersante, lo que quiere decir que no es soluble.
En las suspensiones, las partículas son visibles simple vista y poseen un tamaño > 1 000 nm. Las suspensiones no son transparentes, ya que son opacas. Además, sus componentes se diferencian en fases cuando se dejan reposar; por eso, se pueden separar por filtración. Los jugos de frutas, las pinturas, el jarabe o el caldo de verduras son ejemplos de suspensiones.
b) Las mezclas homogéneas, comúnmente se denominan disoluciones químicas.
Una disolución es una mezcla homogénea, uniforme y estable, formada por dos o más sustancias, entre las cuales no hay una reacción química. El tamaño de las partículas que la conforman es de 0,1 a 1 nm.
Uno de los componentes de la disolución se denomina soluto, que es la fase dispersa, y corresponde a aquella sustancia que está en menor proporción, y el otro se llama disolvente, que es la fase dispersante, que corresponde a la sustancia que se presenta en mayor cantidad. Las disoluciones químicas en las que el disolvente es agua se denominan disoluciones acuosas.
Entonces, para reforzar lo aprendido, repasemos estos conceptos con el siguiente ejemplo.
En este caso, el disolvente es el agua, debido a que se encuentra en mayor proporción. El jugo en polvo es el soluto, ya que es la sustancia que se encuentra en menor proporción y se disuelve en el agua que es el disolvente.
Por lo que, esta disolución está conformada por: agua (disolvente) + jugo en polvo (soluto).
La principal característica de las disoluciones es que presentan una sola fase, es decir, sus componentes no se pueden distinguir a simple vista, por lo cual estos pueden separarse por cambios de fase, como la evaporación, fusión, condensación, solidificación, siempre y cuando sus puntos de ebullición y fusión sean distintos.
2- ¿Cómo se forma una disolución?
Una disolución se forma cuando una sustancia, denominada soluto se dispersa o disuelve de manera uniforme en otra, llamada disolvente, es decir, cuando las fuerzas de atracción entre el disolvente y el soluto son de magnitud igual o superior a las que existen entre las partículas de cada uno de ellos.
Entonces, para que el proceso de disolución ocurra es necesario que las fuerzas intermoleculares que se establecen entre el soluto y el disolvente sean mayores que las fuerzas que mantienen unidas entre sí a las moléculas del soluto y del disolvente.
Un ejemplo es la interacción ion – dipolo que se produce cuando se mezcla agua con sal de mesa (NaCl), tal como se señala en la siguiente imagen.
Cuando los iones están separados del cristal, estos son rodeados completamente por las moléculas del agua. Estas interacciones entre el soluto y el disolvente se denominan solvatación. Cuando el disolvente es agua, la interacción recibe el nombre de hidratación.
3- ¿Cómo se clasifican las disoluciones?
Las disoluciones generalmente, se clasifican empleando tres criterios: el estado físico del disolvente, la capacidad de disolver el soluto y el tipo de soluto.
3.1- Estado físico del disolvente
Considerando el estado físico del disolvente, se establece el estado de la disolución, es decir, si el disolvente es líquido, la disolución también se considera líquida, independiente del estado del soluto.
Sin embargo, en una disolución, el soluto y el disolvente pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso.
3.2- Si consideramos la clasificación considerando la capacidad para disolver un soluto, las disoluciones se pueden clasificar en insaturadas, saturadas y sobresaturadas.
a- Las disoluciones insaturadas o no saturadas corresponden a las disoluciones en las que el soluto y el disolvente no están en equilibrio a una temperatura determinada, es decir, donde el disolvente puede admitir más soluto y disolverlo. Por lo que, las disoluciones insaturadas poseen menor cantidad de soluto del que es capaz de disolver un disolvente específico a una determinada temperatura.
Ejemplo de disolución insaturada: Preparación de una bebida de limonada. Si tomas un vaso de agua y le agregas una cucharada de azúcar, es probable que el azúcar se disuelva completamente en el agua, sin dejar residuos en el fondo. Esto se debe a que la cantidad de azúcar es menor que la cantidad máxima que el agua puede disolver a temperatura ambiente. En este caso, la disolución sería insaturada, ya que aún podrías agregar más azúcar y el agua lo disolvería sin problemas.
b- Las disoluciones saturadas son aquellas en las que el soluto y el disolvente están proporcionalmente en equilibrio respecto a la capacidad de disolver a una temperatura dada, es decir, al agregar más soluto al disolvente, este último no sería capaz de disolverlo. En otras palabras, las disoluciones saturadas contienen la máxima capacidad de soluto que puede disolver un disolvente específico a una temperatura determinada.
Ejemplo de disolución saturada: Agua sobresaturada con sal. Puedes calentar agua y agregar sal (cloruro de sodio) al agua caliente y revolver hasta que la sal se disuelva completamente. Luego, si dejas que la solución se enfríe lentamente, la sal se cristalizará y se acumulará en el fondo del recipiente. La solución resultante será saturada, ya que la cantidad de sal en el agua ha alcanzado su límite de solubilidad a esa temperatura específica. Cualquier sal adicional que intentes agregar no se disolverá en el agua a esa temperatura y se acumulará en el fondo.
c- Finalmente, las disoluciones sobresaturadas son disoluciones inestables, en las que la cantidad de soluto es mayor que la capacidad del disolvente para disolverlo a una temperatura establecida, es decir, el soluto está presente en exceso y precipita hasta el fondo del recipiente que lo contiene. Por lo que, la disolución sobresaturada posee más soluto del que puede disolver un disolvente específico a una temperatura determinada.
Ejemplo de disolución sobresaturada: Agua sobresaturada con azúcar. Para crear una disolución sobresaturada de azúcar en agua, puedes calentar agua y agregar una cantidad inusualmente grande de azúcar al agua caliente, de manera que todo el azúcar se disuelva. Luego, puedes enfriar la solución muy lentamente y sin perturbarla. Bajo estas condiciones, el azúcar permanecerá en solución, aunque normalmente sería una disolución saturada y el azúcar debería cristalizar.
3.3- Según el tipo de soluto, se distinguen disoluciones electrolíticas y disoluciones no electrolíticas.
Las propiedades electrolíticas están relacionadas con la conductividad eléctrica, es decir, la capacidad que posee un material para permitir el paso de la corriente eléctrica a través de él. La conductividad de la disolución acuosa dependerá de del soluto que esté disuelto, por lo que este determinará si la mezcla es conductora o no.
Un soluto que genera una solución acuosa capaz de conducir la corriente eléctrica se denomina electrolito.
– Las disoluciones electrolíticas, corresponden a disoluciones cuyo soluto se disocia en mayor o menor proporción en iones, por lo cual, son capaces de conducir la corriente eléctrica. Por ejemplo, el agua con sal.
– Las disoluciones no electrolíticas, son disoluciones en donde el soluto disuelto permanece en forma molecular sin carga, pues, no presenta tendencia a la disociación en iones con carga eléctrica, por lo cual, no conducen la corriente eléctrica. Por ejemplo, el agua con azúcar.
