SOLUCIONES EMPÍRICAS

SOLUCIONES EMPÍRICAS

Una solución es una mezcla homogénea cuyas partículas se disocian. Los componentes de una solución son el solvente y el soluto, éste último se mide de acuerdo a su concentración (es la proporción o relación entre la cantidad de soluto y solvente).

SOLUCIONES EMPÍRICAS 

En este tipo de soluciones, su concentración está indicada de forma cualitativa y aproximada, sin hacer una valoración precisa de la cantidad de masa o volumen de soluto que lleva el disolvente. Esta concentración se puede determinar relacionándola con la intensidad observable de los efectos o propiedades que produce el soluto en la solución como el sabor, color, olor, viscosidad o conductividad eléctrica que varían conforme se aumenta la cantidad de soluto. Por ejemplo, la concentración de café soluble en agua se puede determinar por su color o sabor amargo que se vuelven más intensos conforme se incrementa la cantidad de éste, el agua azucarada puede determinarse por su sabor y la concentración de limón en una limonada por su olor. Por regla general, mientras más concentrada sea una solución cromática (colorida), más intenso se verá su color.

Las soluciones empíricas están hechas de forma experimental tomando como referencia la solubilidad (capacidad de dispersión de una sustancia en otra) del soluto en el disolvente. La solubilidad de un soluto en su disolvente depende de su naturaleza: el tipo de enlaces entre sus moléculas y, en particular, su polaridad, también de factores termodinámicos como la temperatura y la presión del sistema, o sea, de su tendencia a alcanzar la mínima energía (mayor entropía). Por ejemplo, sustancias polares como el agua, disuelven muy bien compuestos polares como el alcohol o la sal, pero los apolares como el aceite o la gasolina no se disuelven en ella. Los compuestos con menor solubilidad son los que tienen menor reactividad como los alcanos, compuestos aromáticos y halogenuros; en general los compuestos orgánicos difícilmente se disuelven en agua, pero pueden muy bien disolverse en éter o benceno por tener la misma naturaleza química. En otros casos, por efecto del aumento de temperatura o presión, se pueden disolver solutos que por su naturaleza química no se disolverían en ciertos solventes o que haya sobrepasado el límite de la solubilidad.

Cuando se disuelven las partículas de soluto, a las interacciones para formar agregados entre el disolvente y él se le llama solvatación, si el solvente es agua, el proceso se conoce como hidratación. En general, se dice que, en las soluciones, la solvatación debe ser baja, para que el tamaño de partícula de soluto permanezca bajo (menor a 1nm) y no se conviertan en coloides o suspensiones.

CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES EMPÍRICAS 

DILUIDAS: Las soluciones diluidas tienen concentraciones de soluto muy por debajo del límite de solubilidad, es decir, tienen concentración baja. A este tipo de soluciones también se les puede llamar insaturadas.

Desde un punto de vista físico-químico, una solución insaturada es considerada un estado de equilibrio dinámico donde las velocidades en que el solvente disuelve el soluto son mayores a la velocidad de recristalización. Ejemplos de soluciones diluidas: 

El solvente no necesariamente tiene que ser agua. A continuación se presentan ejemplos cotidianos de soluciones diluidas:

 Añadir una cucharada de azúcar a una taza de café caliente produce una solución de azúcar no saturada.

 El vinagre es una solución diluida de ácido acético en agua.

 La niebla es una solución insaturada (pero cercana a saturada) de vapor de agua en el aire.

 HCl 0,01 M es una solución insaturada de ácido clorhídrico en agua.

 El alcohol desinfectante es una solución diluida de alcohol isopropílico en agua.

 La sopa es una solución insaturada de agua y cloruro de sodio.

 Las bebidas alcohólicas son soluciones diluidas de etanol y agua. Por lo general se muestra el porcentaje de alcohol que estas poseen.

CONCENTRADAS: Este tipo de soluciones tienen una cantidad considerable de soluto, ya sea menor o mayor al límite de su solubilidad, pero siempre la cantidad de soluto es relativamente grande.

Diferencias con una solución diluida: 

 Las soluciones concentradas tienen una proporción alta de soluto en relación al volumen o masa de solución. Las soluciones diluidas tienen una proporción baja de soluto en relación al volumen o masa de la solución.

 Tienen una molaridad, molalidad y normalidad mayores a las que presentan las soluciones diluidas.

 El punto de congelación de las soluciones concentradas es más bajo que el de las soluciones diluidas; es decir, se congelan a temperaturas más frías.

 Una solución concentrada tiene menor presión de vapor que una solución diluida.

 Las soluciones concentradas tienen un punto de ebullición más elevado que el que presentan las soluciones diluidas.

 Puestas en contacto a través de una membrana semipermeable, el agua va fluir desde la soluciones diluidas hacia la soluciones concentradas.

Ejemplos de soluciones concentradas: 

 La miel es una solución concentrada de azúcar. Es común observar la ocurrencia de la recristalización del azúcar, evidenciado en las tapas de los recipientes que contienen la miel.

 El agua de mar que presenta una alta concentración de diversas sales.

 La orina proveniente de personas con una deshidratación severa.

 El agua carbonada es una solución saturada de dióxido de carbono.

SATURADAS: Es considerada un estado de equilibrio dinámico donde las velocidades en que el solvente disuelve el soluto y la velocidad de recristalización son iguales (J., 2014).

En otras palabras, las soluciones saturadas contienen la máxima cantidad de soluto que se disuelve en el solvente a una temperatura dada.

El soluto adicional no se disolverá en una solución saturada y aparecerá en una fase distinta, ya sea un precipitado si es un sólido en líquido o una efervescencia si es un gas en un líquido (Anne Marie Helmenstine, 2016).

Ejemplos de soluciones saturadas: 

Las soluciones saturadas se pueden encontrar en el día a día, no es necesario estar en un laboratorio químico. El solvente no necesariamente tiene que ser agua. A continuación se presentan ejemplos cotidianos de soluciones saturadas:

 La soda y los refrescos en general son soluciones saturada de dióxido de carbono en agua. Es por eso, que cuando se libera la presión se forman burbujas de dióxido de carbono.

 Los suelos de tierra están saturados con nitrógeno.

 Se le puede agregar azúcar o sal al vinagre hasta formar una solución saturada.

 Agregar chocolate en polvo a la leche hasta que este no se disuelva, forma una solución saturada.

 La leche puede ser saturada con harina a tal punto que no se puede añadir más harina a la leche.

 La mantequilla derretida puede ser saturada con sal, cuando la sal ya no se disuelva.

SOBRESATURADAS: La solución sobresaturada es aquella en la que el solvente ha disuelto más soluto del que puede disolver en el equilibrio de saturación.

Para forzar el equilibrio a la disolución de más sólido la fase líquida debe abrir espacio molecular, y para ello es necesario estimularla energéticamente. Esto ocasiona que el solvente admita más soluto de lo que normalmente puede en condiciones de temperatura y presión ambientes.

Cesado el aporte de energía a la fase líquida, la solución sobresaturada se mantiene metaestable.  Por lo tanto, ante cualquier perturbación puede romper su equilibrio y originar la cristalización del exceso de soluto hasta alcanzar nuevamente el equilibrio de saturación. Por ejemplo, dado un soluto muy soluble en agua, se agrega determinada cantidad de este hasta que el sólido no pueda disolverse. Luego se aplica calor al agua, hasta garantizar la disolución del sólido remanente. Se retira la solución sobresaturada y se deja enfriar. Si el enfriamiento es muy brusco, la cristalización se dará instantáneamente; por ejemplo, añadiendo un poco de hielo a la solución sobresaturada.

Características de las soluciones sobresaturadas: 

En las soluciones sobresaturadas se ha sobrepasado el límite en el cual la cantidad de soluto ya no es disuelta por el solvente; por lo tanto, este tipo de soluciones tiene un exceso de soluto y presenta las siguientes características:

 Pueden existir con sus componentes en una sola fase, como en soluciones acuosas o gaseosas, o presentarse como una mezcla de gases en un medio líquido.

 Al alcanzar el grado de saturación, el soluto que no es disuelto va a cristalizar o precipitar (forma un sólido desorganizado, impuro y sin patrones estructurales) con facilidad en la solución.

 Es una solución inestable. Cuando precipita el exceso de soluto no disuelto se produce una liberación de calor que es proporcional a la cantidad de precipitado. Este calor se va generando por el choque local o in situ de las moléculas que van cristalizando. Debido a que se estabiliza, necesariamente debe liberar energía en forma de calor (en estos casos).

 Algunas propiedades físicas como la solubilidad, densidad, viscosidad e índice de refracción dependen de la temperatura, el volumen y la presión a la que es sometida la solución. Por esta razón tiene propiedades distintas a sus respectivas soluciones saturadas.

Ejemplos de soluciones sobresaturadas: 

 Las bebidas carbonatadas, incluido el agua con gas y los vinos espumosos, son una solución sobre saturada de dióxido de carbono gas en el agua.

 Miel de caña.

EXPERIMENTO

Materiales

- 4 vasos de la misma medida

- Sal

- Una cuchara

- Tener a la mano un área para calentar

- Un recipiente para calentar el agua

Procedimiento

1.- Numerar los vasos del 1-4

2.- Agregar ½ cucharada de sal al agua del vaso 1 y revolver hasta disolver la sal.

3.- Agregar 1 cucharada de sal al agua del vaso 2 y revolver hasta disolver la sal.

4.- Agregar 2 cucharadas de sal al agua del vaso 3 y revolver hasta disolver la sal.

5.- Agregar 5 cucharadas de sal al agua del vaso 4 y revolver para ayudar a disolver la sal.6.- Al notar que la sal no se disuelve por completo lo que tenemos que hacer es poner a calentar el agua del vaso 4 y seguir revolviendo. 

7.- Sacar el agua del fuego y volver a colocarla en el vaso para observar lo que sucede.

REFERENCIAS

 https://www.lifeder.com/solucion-diluida/

 https://www.lifeder.com/solucion-concentrada/

 https://www.lifeder.com/solucion-saturada/

 https://www.lifeder.com/solucion-sobresaturada/

 Libro Temas Selectos de Química I (Soto Cid A.H y Alvarado López M.J) Págs. 125, 126, 127, 129, 131 y 132

 https://www.youtube.com/watch?v=J2rWslb22rc&t=331s