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Soluciones coloidales
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  • 1. UNIDAD 6 SOLUCIONES QUIMICAS. - COLOIDES O DISPERSIONES COLOIDALES - 1.- Definición de coloides: Coloide es una sustancia cuyas partículas pueden encontrarse en suspensión en un líquido, merced al equilibrio coloidal; dichas partículas no pueden atravesar la membrana semi-permeable de un osmómetro. La definición clásica de coloide, también llamada dispersión coloidal, se basa en el tamaño de las partículas que lo forman, llamadas micelas. Poseen un tamaño bastante tamaño bastante pequeño, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios ópticos, aunque son mayores que las moléculas ordinarias. Las partículas que forman los sistemas coloidales tienen un tamaño comprendido entre 50 y 2.000 Å. En las dispersiones coloidales se distinguen dos partes: Fase dispersa: las llamadas micelas. Fase dispersante: en las que están dispersas las partículas coloidales. Las partículas coloidales tienen un tamaño diminuto, tanto que no pueden separarse de una fase dispersante por filtración. Las disoluciones son transparentes, por ejemplo: azúcar y agua. Tenemos una dispersión cuando las partículas son del tamaño de 2.000Å, y las partículas se pueden separar por filtración ordinaria. 2.- Tipos de sistemas coloidales: En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersiva, pueden ser una gas, un líquido o un sólido, excepto que ambos no pueden estar en estado gaseoso, son posibles ocho sistemas coloidales: Medio de dispersión Fase dispersa Nombre Ejemplos Gas Líquido Sólido Aerosol líquido Aerosol sólido Niebla, nubes, polvo, humo. Líquido Gas Líquido Sólido Espuma Emulsión Sol Espumas (de jabón , cerveza, etc.), nata batida. Leche, mayonesa. Pinturas, tinta china, goma arábiga, jaleas Sólido Gas Líquido Sólido Espuma sólida Emulsión sólida Sol sólido Piedra pómez. Mantequilla, queso. Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas De todos ellos, los más relevantes son los que poseen un líquido como medio dispersivo, como las emulsiones y los soles. La morfología de las micelas, en los sistemas coloidales, es variada, distinguimos tres tipos :
  • 2. • Esféricas: cuyos coloide se llaman globulares, que son los más importantes, dentro de estos los de mayor importancia están formados por compuestos inorgánicos. Su grado de viscosidad es pequeño • En forma de fibra: coloides fibrosos, formados por largas cadenas macromoleculares, de gran viscosidad. • Laminares: coloides laminares de viscosidad intermedia. Propiedades de los sistemas coloidales: El efecto Tyndall es el fenómeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partículas coloidales, al parecer, como puntos luminosos debido a la luz que dispersan. Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de las disoluciones verdaderas. No pueden verse las micelas, pero si el movimiento que describen, que es desordenado describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag, y el movimiento que describen es el movimiento Browniano. El movimiento Browniano se da debido a los choques de las moléculas de disolvente con las micelas coloidales, dificultando que estas se depositen en el fondo. El estudio detallado de este movimiento permitió a Jean Perrin calcular uno de los primeros valores del número de Avogadro. El color tan llamativo de muchos coloides se debe a la dispersión selectiva de la luz por las micelas coloidales. Las micelas están cargadas eléctricamente. Esta carga es debida a : • La disociación de macromoléculas. • La adsorción preferente por las micelas de uno de los tipos de iones presentes en el medio dispersivo. Es por esto que todas las micelas de una dispersión coloidal, tienen cargas eléctricas del mismo signo. Cuando una dispersión coloidal se coloca entre dos electrodos, los cuales están sometidos a una diferencia de potencial, todas las partículas coloidales, emigran hacia uno de los electrodos, fenómeno denominado electroforesis. Si se ponen en contacto las micelas con el electrodo de signo opuesto, pierden su carga y se aglomeran, entonces precipitan en forma de grandes copos, a esto se denomina coagulación del coloide. Preparación de coloides: La preparación de un sistema coloidal, se puede realizar mediante: • Métodos de dispersión, esto es por disgregación de grandes partículas en otras más pequeñas. • Métodos de condensación, es decir, unión de pequeñas partículas, hasta conseguir partículas de tamaño adecuado. Los métodos de dispersión de tipo mecánico, para estos se utilizan molinos coloidales, que son molinos especiales y batidoras. La disgregación de partículas grandes, en otras más pequeñas, también se puede obtener mediante reactivos químicos ; por ejemplo, una disolución acuosa de hidróxido sódico puede disgregar los granos de arcilla hasta producir una dispersión coloidal. Este proceso se llama peptización, y el activo químico que la produce, agente peptizante. Los métodos de condensación, están basados normalmente, en reacciones químicas en las cuales se produce una sustancia insoluble, son las reacciones de precipitación.
  • 3. Un método de condensación para preparar coloides de metales es el llamado Arco de Bredig. Consiste en hacer saltar un arco entre dos varillas del metal, sumergidas en el medio de dispersión ; por ejemplo agua. Los metales primero se vaporizan en el arco después, se condensan en el agua fría y forman partículas de tamaño coloidal. Para que el coloide no precipite, se añade una sustancia estabilizadora. Estabilidad de los sistemas coloidales: Al agitar en un vaso, una mezcla de aceite y agua, se obtiene una emulsión, pero esta inestable, ya que al dejar de agitarla, se distinguen perfectamente dos capas, una la de agua, en el fondo del vaso, y otra la del aceite, que queda en la superficie. Los soles metálicos, también son dispersiones coloidales inestables. Estos coloides se pueden estabilizar mediante una sustancia que se llama estabilizador, impidiendo la tendencia de estas partículas a unirse entre si para formar otras mayores, coloides hidrófobos. Hay algunas sustancias que forman directamente dispersiones coloidales estables. Estos coloides auto estables, se denominan hidrófilos. • Coloides hidrófilos: Las sustancias que forman estos coloides son de naturaleza orgánica cuyas moléculas están constituidas por la larga cadena hidrocarbonada con un grupo polar en uno de los extremos. Estas sustancias se disuelven en agua ,ya que se forman enlaces de hidrógeno entre el grupo polar y las moléculas de agua, pero no son solubles cuando la parte hidrocarbonada es larga, ya que esta no es atraída por las moléculas de agua. Estas dos fuerzas opuestas, hacen que las moléculas se agrupen en pequeñas partículas, de tal forma que los grupos polares se orientan hacia la superficie y las partes hidrocarbonadas, hacia el interior de las partículas. Las micelas están formadas por centenares de moléculas de agua que impiden que se unan entre si. Los soles hidrófilos suelen ser reversibles, es decir, cuando precipitan y el líquido dispersivo se evapora, el líquido resultante se puede transformar de nuevo en una dispersión coloidal. A veces, para conseguir esta transformación es necesario un suave calentamiento. La coagulación de algunos soles hidrófilos, da lugar a la formación de un producto que contiene gran parte del líquido dispersante y que recibe el nombre de gel, por ejemplo, cuando un gel de concentración elevada, siendo este un sol hidrófilo de gelatina, y a gran temperatura, se deja enfriar cuajando entonces, formando un gel. Este gel, se emplea en la preparación de postres. La formación del gel, se debe a dos factores principalmente: El hinchamiento de las partículas coloidales. La captura de gran parte del líquido de dispersión. El gel recibe el nombre de jalea, cuando contiene una gran cantidad de componente líquido. Los geles de algunas sustancias cuyos enrejados se forman por fuerzas débiles de Van der Waals, son bastante inestables y basta una leve acción mecánica para convertirlos de nuevo en soles. Esta transformación de gel-sol, que suele ser reversible, recibe el nombre de tixotropía. • Colóides hidrófobos : En las dispersiones estables de colóides hidrófilos, por ejemplo jabón y agua, existe un perfecto equilibrio entre moléculas iguales y las fuerzas atractivas entre moléculas distintas. Cuando las últimas son mayores que las primeras se forma una disolución verdadera. Sin embargo, cuando las fuerzas de atracción entre moléculas iguales es mayor que entre moléculas no se forma la dispersión, a no ser, que se añada una sustancia estabilizadora. La estabilización se consigue de dos formas :
  • 4. Mediante los llamados coloides protectores: son colóides hidrófilos y su acción estabilizadora se debe a la formación de una capa monomolecular que rodea a las gotitas del colóide hidrófobo. La parte hidrocarbonada esta dirigida hacia dentro atraídas por las moléculas del aceite y los grupos polares, están dirigidos hacia la superficie atraídos por el conjunto de moléculas de agua. Por absorción de iones: tiene lugar en colóides hidrófobos de naturaleza inorgánica. Al formarse las partículas coloidales, éstas, adsorben iones, presentes en el medio dispersivo. Esta adsorción es selectiva, las partículas solo adsorben una especie de iones. Como resultado de esta adsorción selectiva, las partículas coloidales, se cargan eléctricamente. Esta carga es variable de unas micelas a otras, aunque siempre del mismo signo, entonces las micelas se repelen entre si, evitando que se unan unas con otras. UNIDADES FISICAS DE CONCENTRACION a)- Porcentaje referido a masa: La concentración de una solución puede expresarse como partes de masa del soluto por 100 partes de masa de solución .Esta método se conoce como el porcentaje de soluto de una solución. Se expresa de la siguiente formula: Porcentaje de soluto = Masa de soluto X 100 Masa de solución Pero la masa de solución es el total de la suma de la masa de solvente y de la masa de soluto. Comentarios: Para saber de ese, se expresa, cuantos gramos de soluto en 100 gramos de la solución .Además lo que he leído, cada método de porcentaje tiene una ventaja sobre los demás, dependiendo del uso final de la solución. Por ejemplo: En una solución de 400gr de masa (H20 + Na2So4).El porcentaje de masa de soluto es 2.5% ¿Cuántos gramos de soluto de Na2So4 deberían haber? Porcentaje de soluto = 2.5% Masa de solución = 400gr Masa de soluto = ? 2.5% = M x 100% 400gr M = 2.5 4gr M = 4gr x 2.5 M = 10.0 gr. Rpta: existe 10 gramos de Na2So4
  • 5. b)- Porcentaje referido al volumen. Aquí la concentración de la solución se manifiesta en “X” ml del volumen de soluto por 100ml de volumen de solución. Se expresa de la siguiente formula: Porcentaje de volumen = Volumen del soluto x 100 Volumen de solución Observaciones: Es casi lo mismo que el anterior, pero aquí solo se trabaja en volúmenes en “ml”. Es mejor usarla en el caso de soluciones donde ambos componentes son líquidos, pues es muy tedioso hallar la masa de la solución, y la masa del soluto (en caso de un líquido o un gas) Por ejemplo: En una solución de 825ml de H2O + CO2 existe una concentración de 4% ¿cuanto CO2 hay? Porcentaje de Volumen = 4% Volumen de solución = 825ml Volumen de soluto (CO2) = ? 4% = Volumen soluto x 100% 825ml Volumen soluto = 4 x 825ml 100 Volumen soluto = 33ml Rpta.: existe 33ml de CO2 c)- Porcentaje de masa por volumen: Se expresa cuantos gramos de soluto existen en 100ml de una solución. Para saber, se expresa de la siguiente fórmula: Porcentaje de masa por volumen = Masa de soluto x 100 Volumen solución Comentarios: Es útil cuando el soluto es sólido pues es difícil hallar se volumen. como la mayoría de las soluciones son de solutos sólidos (sales) y solventes líquidos , este método es el mas eficaz. Por ejemplo:
  • 6. Se mezcla 727 ml (agua con 23gr de NaCl). ¿Cual es su concentración? Porcentaje de masa por volumen = ? Masa de soluto = 23gr Volumen solución = 727ml Porcentaje de masa por volumen = 23gr x 100 727ml Porcentaje de masa por volumen = 3.16gr % ml Rpta: la concentración de la solución es de 3.16 % o 3.16gr de NaCl por 100ml de H2O d)- Partes por millón: En disoluciones diluidas, una ppm equivale a un microgramo/mililitro. Veamos por qué: En una disolución diluida la cantidad de soluto es muy pequeña, por tanto, un mililitro de disolución (soluto + disolvente (agua)) tendrá una masa muy próxima a un mililitro de agua, es decir, un gramo. Así, 1 microgramo/mililitro será equivalente a 1 microgramo/gramo, que por definición es una parte por millón o ppm. Microgramo (um) es la millonésima parte de un gramo, es decir, 1um = 0,000001 = 10^(-6) gramos. Mililitro (ml) es la milésima parte de un litro, es decir, 1mL = 0,001 =10^(-3) litros. 1 ml es lo mismo que 1 centímetro cúbico, cm3 o cc. Para calcular el ppm se expresa de la siguiente formula: Partes por millón (ppm) = Masa de soluto x 1 millón Masa de solución Comentarios: Me parece que por una medida de 1 millón es muy grande, justamente es más aplicable a soluciones muy diluidas, donde la cantidades soluto es mínima. Y por lo tanto la densidad de la solución es muy cercana a la del solvente. Por ejemplo: Una muestra de 825ml de agua contiene 3.5mg de iones fluoruro (F-). Calcule las PPM de ion fluoruro en la muestra. 3.5mg x 1ml x 1gr x 1 000 000 (ppm) 825ml 1gr 1 000mg 3 500 000 (ppm) 825 000
  • 7. 4.24 PPM Rpta: Hay 4.24 partes por millón II. TIPOS DE MEZCLA: Las mezclas son más uniones de dos o más sustancias de forma arbitraria donde no se produce cambios ni reacciones químicas en la estructura interna de sus moléculas. Hay dos tipos de mezcla: homogénea y heterogénea a)- Mezcla homogénea: • Se mezcla de tal forma que es difícil distinguir a simple vista cual es cual. • Se separan por método físicos: evaporación, tamización, sedimentación; etc. Por ejemplo: Café + leche NaCl + H2O b)- Mezcla heterogénea: • No hay una mezcla total de ambas sustancias y por tanto es facil su distinción. • Es posible se pararlos por métodos mecánicos: por selección manual, etc. Por ejemplo: Viruta + arena Agua + aceite Comentarios: Según algunas informaciones necesariamente el soluto debe disgregarse completamente hasta que se difundan sus partículas en el solvente. Por lo tanto, opino que las soluciones son solo mezclas homogéneas, y por eso que el proceso de disolución se nos pedía “HOMOGENIZAR”. III. COMPONENTES DE UNA DISOLUCION: Los solventes de una disolución son: solvente y soluto. a)- solvente: Es una sustancia que representa la mayor parte de una solución .En esta se empieza a disolver el soluto. En su mayoría son líquidos. b)- Soluto: Es un componente de la solución, pero no siempre es solidó, es la parte menos abundante que hay en la solución. Casi siempre son sales.
  • 8. Por ejemplo: H2O + NaCl H2O + acido cubrico Esmalte + tiner III. CLASIFICACION DE SOLUCIONES POR SU CONCENTRACION: a)- Soluciones saturadas: Es una solución que contiene tanto soluto como puede disolverse en el disolvente utilizando los medios normales. b)- Soluciones no saturadas: Una solución no saturada es aquella en la que la concentración de soluto es menor que la concentración de una solución saturada. c)- Soluciones sobresaturadas: Son aquellas en la que la concentración de soluto es realmente mayor que la de una solución saturada bajo las mismas condiciones. Comentarios: La mayor parte de experimento hecho en laboratorio no fueron soluciones saturadas ni sobresaturadas, fueron soluciones no saturadas. Pero ¿cual fue su estado de concentración? Existe dos términos: “concentrada y diluida”, que por un lado no son muy precisos, pero si nos dan una idea general de la concentración. IV. CLASIFICACION DE LAS SOLUCIONES POR EL ESTADO FISICO DE SUS COMPONENTES: Si bien las soluciones acuosas son las más comunes, están muy lejos de ser el único tipo de solución. Los disolventes pueden ser el agua o cualquier otro liquido. Los solutos pueden ser sólido, líquidos o gases. Los tipos de soluciones más comunes son: • Un gas en un líquido. • Un líquido en un sólido. • Un sólido en un líquido. Soluto + Solvente Ejemplo Gas Líquido Bebidas carbonadas Líquido Líquido Anticongelantes Sólido Líquido Pastas dentales
  • 9. Parte experimental a) Materiales: -Fiola -Vaso de precipitado -Pipeta -Luna de reloj -Balanza de precisión -Baqueta -Espátula -Pipeta graduada b) Reactivos: -Cloruro de sodio -Etanol -Agua destilada c) Procedimiento: Primer experimento: Preparar 100gr de solución de NaCl al 1,5% en peso  La sal a utilizar (NaCl) debe ser deshidratada previamente en una estufa a 150° por 120 minutos.  Calcular la masa requerida de NaCl y de H2O para preparar la solución.  Colocar la masa de NaCl en un vaso precipitado de 250 ml y agregar la cantidad de agua calculada (considerar la densidad del agua a la temperatura del laboratorio para realizar los cálculos).  Agite hasta homogenizar y etiquete la solución.  Utilice una porción suficiente para determinar la densidad experimental de la solución. Segundo experimento Preparar 100ml de una solución de etanol al 1,5% v/v  Calcular el volumen de etanol y de agua necesaria para preparar la cantidad de solución requerida.  Tomar el volumen de agua y etanol por separado con ayuda de una pipeta y depositarlo en ese orden en un vaso de precipitado.  homogenizar la solución en una fiola, etiquetar y guardar. Tercer experimento:
  • 10. Preparar 100ml de solución de NaCl al 1,5% en p/v  Calcular la masa de NaCl necesario.  Pesar y depositarla en un vaso de precipitado disolver con 30ml de agua aproximadamente.  Transvasar la solución a una fiola de 100ml, lavar repetidas veces el vaso de precipitado con pequeñas porciones de agua que se pasan a la fiola y luego proceder a enrasar con agua destilada.  Homogenizar, etiquetar y guardar. Utilice una porción suficiente para determinar la densidad experimental.. Cuarto experimento Preparar 100ml de solución de NaCl que contenga 5000 ppm de sal:  Calcular la masa de NaCl requerida .Pesar.  Depositar la masa calculada en un vaso de precipitado y disolver con 30ml de agua  Transvasar la solución a una fiola de 100ml y lavar repetidas veces el vaso de precipitado con pequeñas porciones de agua y pasarlo a la fiola. Finalmente enrasar la fiola con agua destilada. CALCULOS MATEMICOS a)- En la primera parte: -Necesitó saber la cantidad de soluto y solvente: P/P % = Masa de soluto x 100% Masa de solución 1,5 % = Masa de soluto x 100% 100 gr. Masa de soluto = 1,5 gr. Masa del solvente = 100 gr. - 1,5 gr. = 9,8 gr. -Hallando la densidad: * = M (vaso + soluto) - M (vaso) V = (44,9 - 29,6) gr. (16) ml. = 0,95 gr. b)- En la segunda parte:
  • 11. -Hallando la medida de componentes: V/V % = V(soluto) x 100% V(solución) 1,5% = V (soluto) x 100% 100ml. V (soluto) = 1,5 ml. V (soluto) = 100 ml. - 1,5 ml. = 98,5 ml. -Hallando la densidad: * = M (vaso + soluto) - M (vaso) V = (52,1 - 29,6) gr. (23) ml. = 0,97 gr. c)- En la tercera parte: -Hallando las cantidades disueltas: P/V % = M (soluto) x 100% V(solución) 1,5% = M (soluto) x 100% 100 ml. M (soluto) = 1,5 gr. V (solución) = 100 ml.- 1,5 ml. = 98,5 ml. -Buscando la densidad: * = M (vaso + soluto) - M (vaso) V = (54 - 29,6) gr. (24,5) ml. = 0,995 g/ml. d)- En la última parte:
  • 12. -Hallando la medida de cada componente: PPM = # de miligramos de soluto # de litros de solución 15000(ppm/l) = # de miligramos de soluto 0,1 L. # mg. (soluto) = 1500 mg. o 1,5 gr. Solvente = 100 ml. - 1,5 ml. = 98,5 ml. -Ahora la densidad: * = M (vaso + soluto) - M (vaso) V = 56,5gr - 29,6gr. 27 ml. = 0,996 g/ml. TABLA DE RESULTADOS SOLUCION Cantidad de Soluto (gr. o ml) Cantidad de solvente (gr. o ml) Densidad de solución NaCl al 1,5% P/P 1,5 98,5 0,95 Etanol al 1,5 V/V 1,5 98,5 0,97 NaCl al 1,5% P/P 1,5 98,5 0,9959 NaCl 1500ppm 1,5 98,5 0,9967 -Hay variación con respecto a la Densidad de las soluciones de salmuera. Se debe a la inexactitud de mediciones. -Durante la experimentación se cometió el error de tratar de hallar la concentración por P/V a la 2da parte (H2O y Etanol) -En el ultimo se menciona “5000 ppm “lo cual no concuerda con el resultado de trabajar 1,5 gr. 5000ppm = M (soluto) 0,1 L
  • 13. Concentración = 1500 mg. = 15000ppm. 0,1 L M (soluto) = 500mgr = 0,5 gr. CONCLUSONES: -Siempre harán diferencia por error de medición, especialmente en el caso de volúmenes. -Existen diferentes tipos o modo de hallar la concentración, el método dependerá de la finalidad que se dará a la solución y también del estado físico de sus componentes. -Cuando ocurre la disolución, la densidad de la solución comienza a variar. Por ejemplo la diferencia que existe en echarle sal o etanol es notoria, y sin embargo estamos hablando de 1,5 gr. no de cantidades excesivas RECOMNEDACIONES: -En la sección de parte por millones es diferente a la usada en el laboratorio. Sin embargo la aplicaron es la misma. -Puesto que todas nuestras soluciones son no saturadas llegamos a la conclusión que es el tipo de solución mas usada. -Todas las soluciones deben ser mezclas homogéneas. Por tanto al momento de homogenizar, se debe procurar volver todo el soluto.