Las soluciones, así como el proceso de su formación, son de gran importancia en el mundo que nos rodea. El agua y el aire son dos de sus representantes, sin los cuales la vida en la Tierra es imposible. La mayoría de los fluidos biológicos en plantas y animales también son soluciones. El proceso de digestión está indisolublemente ligado a la disolución de los nutrientes.
Cualquier producción está asociada con el uso de ciertos tipos de soluciones. Se utilizan en las industrias textil, alimenticia, farmacéutica, metalmecánica, minera, plástica y de fibras. Por eso es importante entender qué son, conocer sus propiedades y rasgos distintivos.
Señales de verdaderas soluciones
Las soluciones se entienden como sistemas homogéneos multicomponentes formados durante la distribución de un componente en otro. También se denominan sistemas dispersos, los cuales, dependiendo del tamaño de las partículas que los forman, se dividen en sistemas coloidales, suspensiones y soluciones verdaderas.
En este último, los componentes se encuentran en un estado de separación en moléculas, átomos o iones. Dichos sistemas moleculares dispersos se caracterizan por las siguientes características:
- afinidad (interacción);
- espontaneidad de la educación;
- constancia de concentración;
- homogeneidad;
- sostenibilidad.
En otras palabras, se pueden formar si hay una interacción entre los componentes, lo que conduce a la separación espontánea de la sustancia en partículas diminutas sin esfuerzos externos. Las soluciones resultantes deben ser monofásicas, es decir, no debe haber interfaz entre las partes constituyentes. El último signo es el más importante, ya que el proceso de disolución puede proceder espontáneamente sólo si es energéticamente favorable para el sistema. En este caso, la energía libre disminuye y el sistema se equilibra. Teniendo en cuenta todas estas características, podemos formular la siguiente definición:
Una solución verdadera es un sistema de equilibrio estable de partículas que interactúan de dos o más sustancias, cuyo tamaño no excede 10-7cm, es decir, son proporcionales con átomos, moléculas e iones.
Una de las sustancias es un solvente (por regla general, este es el componente cuya concentración es más alta), y el resto son solutos. Si las sustancias originales estaban en diferentes estados de agregación, entonces el solvente se toma como el que no lo cambió.
Tipos de soluciones verdaderas
Según el estado de agregación, las soluciones son líquidas, gaseosas y sólidas. Los sistemas líquidos son los más comunes, y también se dividen en varios tipos dependiendo del estado inicial.soluto:
- sólido en líquido, como azúcar o sal en agua;
- líquido en líquido, como ácido sulfúrico o clorhídrico en agua;
- de gaseoso a líquido, como el oxígeno o el dióxido de carbono en el agua.
Sin embargo, no solo el agua puede ser un solvente. Y por la naturaleza del disolvente, todas las soluciones líquidas se dividen en acuosas, si las sustancias se disuelven en agua, y no acuosas, si las sustancias se disuelven en éter, etanol, benceno, etc.
Según la conductividad eléctrica, las soluciones se dividen en electrolitos y no electrolitos. Los electrolitos son compuestos con un enlace cristalino predominantemente iónico que, cuando se disocian en solución, forman iones. Cuando se disuelven, los no electrolitos se descomponen en átomos o moléculas.
En las soluciones verdaderas, dos procesos opuestos ocurren simultáneamente: la disolución de una sustancia y su cristalización. Dependiendo de la posición de equilibrio en el sistema "soluto-solución", se distinguen los siguientes tipos de soluciones:
- saturada, cuando la velocidad de disolución de una determinada sustancia es igual a la velocidad de su propia cristalización, es decir, la disolución está en equilibrio con el disolvente;
- insaturados si contienen menos soluto que los saturados a la misma temperatura;
- sobresaturados, que contienen un exceso de un soluto en comparación con uno saturado, y un cristal del mismo es suficiente para iniciar la cristalización activa.
Como un cuantitativocaracterísticas, que reflejan el contenido de un componente particular en soluciones, usan la concentración. Las soluciones con un bajo contenido de soluto se denominan diluidas y las de alto contenido concentradas.
Maneras de expresar la concentración
Fracción de masa (ω) - la masa de la sustancia (mv-va), referida a la masa de la solución (mp-ra). En este caso, la masa de la solución se toma como la suma de las masas de la sustancia y el disolvente (mp-la).
Fracción molar (N) - el número de moles de un soluto (Nv-va) dividido por el número total de moles de sustancias que forman una solución (ΣN).
Molalidad (Cm) - el número de moles de un soluto (Nv-va) dividido por la masa del solvente (m r-la).
Concentración molar (Cm) - la masa del soluto (mv-va) referida al volumen de toda la solución (V).
Normalidad, o concentración equivalente, (Cn) - el número de equivalentes (E) del soluto, referido al volumen de la solución.
Título (T) - la masa de una sustancia (m in-va) disuelta en un volumen dado de solución.
Fracción de volumen (ϕ) de una sustancia gaseosa - el volumen de la sustancia (Vv-va) dividido por el volumen de la solución (V p-ra).
Propiedades de las soluciones
Teniendo en cuenta este problema, la mayoría de las veces hablan de soluciones diluidas de no electrolitos. Esto se debe, en primer lugar, a que el grado de interacción entre las partículas las acerca a los gases ideales. Y en segundo lugar,sus propiedades se deben a la interconexión de todas las partículas y son proporcionales al contenido de los componentes. Estas propiedades de las soluciones verdaderas se denominan coligativas. La presión de vapor del solvente sobre la solución se describe mediante la ley de Raoult, que establece que la disminución de la presión de vapor saturado del solvente ΔР sobre la solución es directamente proporcional a la fracción molar del soluto (Tv- va) y la presión de vapor sobre el disolvente puro (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
El aumento de los puntos de ebullición ΔТк y puntos de congelación ΔТз de las soluciones es directamente proporcional a las concentraciones molares de las sustancias disueltas en ellas Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, donde E es la constante ebullioscópica;
ΔTz=K ∙ Cm, donde K es la constante crioscópica.
La presión osmótica π se calcula mediante la ecuación:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, donde Xv-va es la fracción molar del soluto, Vr-la es el volumen del disolvente.
La importancia de las soluciones en la vida cotidiana de cualquier persona es difícil de sobreestimar. El agua natural contiene gases disueltos - CO2 y O2, varias sales - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl, etc. Pero sin estas impurezas en el cuerpo podría interrumpir el metabolismo del agua y la sal y el trabajo del sistema cardiovascular. Otro ejemplo de soluciones verdaderas es una aleación de metales. Puede ser latón o joyas de oro, pero, lo más importante, después de mezclarcomponentes fundidos y enfriamiento de la solución resultante, se forma una fase sólida. Las aleaciones metálicas se utilizan en todas partes, desde la cuchillería hasta la electrónica.
