Las mezclas químicas se pueden clasificar en heterogéneas (se distinguen los componentes, por ejemplo, agua + aceite) y homogéneas (no se distinguen los componentes, por ejemplo, agua + sal).
| Mezcla heterogénea |
 |
| Mezcla homogénea |
Una mezcla homogénea es una disolución, que está formada por un soluto y un disolvente. El disolvente es el compuesto en mayor cantidad, el soluto (o los solutos, ya que puede haber varios) es el compuesto en menor cantidad.
Por ejemplo:
En una disolución de 1000 gramos de agua, 100 gramos de sal y 100 gramos de azúcar, el agua es el disolvente, y la sal y el azúcar los solutos.
En una disolución de 100 gramos de agua, 1000 gramos de sal y 100 gramos de azúcar, la sal es el disolvente, y el agua y el azúcar son los solutos.
Los solutos pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos, al igual que los disolventes. Se tiende a pensar que los disolventen solo pueden ser gaseosos y que el soluto solo puede ser sólido o líquido. Mentira. Disolvente sólido - soluto sólido, por ejemplo, la aleación de bronce (cobre + estaño)
Disolvente gaseoso - soluto gaseoso, por ejemplo, el aire (nitrógeno + oxígeno + argón ...)
Disolvente líquido - soluto gaseoso, por ejemplo, los refrescos (agua + CO2)
En ninguno de los ejemplos es posible distinguir el soluto (o los solutos) del disolvente, luego se trata de disoluciones.
Hablemos ahora sobre las distintas maneras de expresar la concentración, o sea, cuánto soluto hay en cuánto disolvente.
PORCENTAJE EN MASA
Da igual en qué unidades expresemos la masa, siempre que la del soluto como la de la disolución estén expresadas en la misma unidad.
[1] Se mezclan 0'2 Kg de H2O con 40 g de NaCl (sal). Expresa la concentración en porcentaje en masa.
Lo primero es pasar todo a las mismas unidades. Podemos elegir entre pasar los gramos de NaCl a kilogramos o los kilogramos de agua a gramos. Haremos esto último:
0'2 Kg = 200 g
Ahora:
masa de soluto = 40 g
masa de disolvente = 200 g
La masa de la disolución será la masa de soluto más la masa de disolvente:
masa de disolución = 40 g + 200 g = 240 g
Ahora sí que podemos aplicar la fórmula:
40 g
% en masa = __________________ · 100 = 16'67 %
240 g
PORCENTAJE EN VOLUMEN
Da igual en qué unidades expresemos el volumen, siempre que el del soluto como el de la disolución estén expresadas en la misma unidad.
[2] Se mezclan 20 mL en agua en 300 cl de HCl. Expresa la concentración en volumen.
Lo primero, todo a las mismas unidades. Podemos pasar de mL a cl o de cl a mL. Hagamos lo primero:
20 mL = 200 cl
Ahora, distingamos el soluto del disolvente:
volumen de soluto = 200 cl
volumen de disolvente = 300 cl
El volumen de la disolución* será el del soluto más el del disolvente:
volumen de disolución = 200 cl + 300 cl = 500 cl
Aplicamos la fórmula:
200 cl
% en volumen = _____________ · 100 = 40 %
500 cl
* El volumen realmente no es aditivo. Al mezclar, el volumen no es la suma exacta, pero vamos a considerar que sí es aditivo. La masa sí es aditiva.
MOLARIDAD (la más importante)
Aquí sí hay que respectar las unidades. El volumen en litros, siempre.
[3] Se mezclan 50 gramos de NaCl en 500 mL de agua. Expresa la concentración en molaridad.
Dijimos que:
volumen de disolución = volumen de soluto + volumen de disolvente
La cuestión es, ¿cuál es el volumen de soluto? Al tratarse de un sólido, suponemos que es 0. Luego:
volumen de disolución = volumen de disolvente = 500 mL
Ahora pasamos de mL a L:
500 mL = 0'5 L
Vamos ahora a pasar de masa a moles. Sabemos que la masa molar del NaCl es 58'5 g/mol. Luego:
moles de NaCl = 50 g / (58'5 g/mol) = 0'8547 moles
Ahora solo aplicamos la fórmula:
0'8547 moles
Molaridad = M = _________________ = 1'7 mol/L o molar
0'5 L
MOLALIDAD
Solvente es lo mismo que disolvente. También hay que respetar la unidad, siempre en kilogramos.
[4] Halla la molalidad de la disolución del ejemplo anterior (densidad del agua = 1 g/mL)
Sabemos que tenemos 500 mL de agua, de disolvente, pero, ¿cuánto pesan esos 500 mL?
Despejando masa de la fórmula de la densidad, tenemos que:
m = d · v = 1 g/mL · 500 mL = 500 gramos
Pasamos a kg, ya que nos lo pide la fórmula:
500 g = 0'5 Kg
Los moles del NaCl son los mismo, 0'8547 moles.
Por últimos, aplicamos la fórmula:
0'8547 moles
Molalidad = m = _________________ = 1'7 molal
0'5 g
FRACCIÓN MOLAR
moles de soluto
Fracción molar de soluto = Xs = ____________________________________
moles de soluto + moles de disolvente
moles de disolvente
Fracción molar de disolvente = Xd = ____________________________________
moles de soluto + moles de disolvente
[5] Hallar la fracción molar de soluto y disolvente al mezclar 5 gramos de NaCl y 100 gramos de agua.
Lo primero es pasar todo a moles:
moles de NaCl = 5g / 58'5 g/mol = 0'08547 moles
moles de H2O = 100 g / 18 g/mol = 5'55 moles
moles de soluto + moles de disolvente = 0'08547 + 5'55 = 5'641 moles
Xs = 0'08547 / 5'641 = 0'01515
Xd = 5'55 / 5'641 = 0'9838
La suma de Xs + Xd siempre da 1.
ALGUNOS EJERCICIOS PARA PRACTICAR
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