Algunas cosas sobre las disoluciones

 Vean, ahora mismo me estoy preparando para un examen de física y química sobre disoluciones. Estoy muy cansado, no os hacéis una idea. No me sale ni un ejercicio, pero voy a intentar explicarlos como si a alguien le fuera a importar porque solo me entero de las cosas si las explico.

Empecemos con las formulas y conceptos que usaremos:

• Masa molar. Al ver una tabla periódica y centrarnos en un elemento, suele aparecer un número en la esquina superior izquierda. Por ejemplo, en el carbono (C) aparece 12, y en el oxígeno (O) 16. Este número es su masa molar. Si tenemos un compuesto como el agua o H2O, se sumarían estas masas para hallar la masa molar de la sustancia: (1x2)+16=18. Por lo que la masa molar sería 18. Esto se expresa en g/mol, lo que quiere decir que habrá 18 gramos de agua en un mol.
• Mol. Una vez se nos de un compuesto, una forma de medirlo es con el mol. Este se halla con la siguiente fórmula: n=g/m. Donde n es los moles, g los gramos de la sustancia y m su masa molar. Así, si se nos dieran 40 gramos de agua, sus moles se calcularían así: n=40g/18g/mol=2'2 moles de agua.
• Volumen. Suele medirse en litros.
• Disolvente: En una disolución, sustancia que se encuentra —la mayoría de veces— en mayor porcentaje. Se suele asumir que es agua si no se dice lo contrario.
• Soluto. Sustancia que se le añade al disolvente. Cuando se unen, no ve el soluto. Es como la sal en el agua. 
• Disolución. Es el resultado de añadir un soluto a un disolvente.

Ahora, a las disoluciones de verdad. Nos centraremos en las formas de calcular la concentración de una sustancia, a la que se le llama soluto en una disolución. Hay 5 maneras:

• % en masa. Dice los gramos de soluto que hay en 100 gramos (de ahi el por-ciento) de disolución. Su fórmula es: % de soluto= (masa de soluto/masa de disolución) · 100.
• % en volumen. Su formula es: % de soluto= (Volumen de soluto/volumen de disolución) · 100.
• Concentración en g/L. Su fórmula se deduce muy fácilmente: C=g de soluto/L de disolución.
• Concentración molar, molaridad, o M. Para esta es necesario hallar previamente los moles del soluto. Su fórmula es: M=n/V. No olvides que n hace referencia al número de moles, en este caso de soluto.
• Concentración molal, molalidad o m. Igual que en la anterior, es necesario hallar los moles del soluto. Su fórmula es: m=n de soluto/kg de disolvente. No equivocar disolvente, con disolución.

A partir de aqui, se puede calcular la disolución de una disolución, y que parte fracción molar de la disolución es de soluto o disolvente.

La fracción molar (también representada con X, aunque yo suelo usar una letra griega muy parecida) hace referencia a que parte de moles totales corresponde al soluto o disolvente. Su fórmula es bastante intuitiva: Xsoluto=n de soluto/n totales. Si se quiere calcular la fracción molar del disolvente solo habría que sustituir en la fórmula "n de soluto" por "n de disolvente".

Si queremos saber como sería la disolución de una disolución, podemos usar otra fórmula. Una disolución de una disolución no quiere decir que mezclarse una disolución con otra, si no que se le va a añadir más disolvente. Imagina que tenemos un vaso de agua con sal, en este caso sería solo añadir más agua. Por lo que al inicio vamos a tener un número de moles de soluto determinado, este número de moles será el mismo aun si se ha diluido esta disolución. Esto se puede traducir a: n iniciales= n finales. Lo que ha cambiado es la concentración del soluto, la cual se mide con la concentración molar (M).

Si sabemos la molaridad de la disolución inicial, pero no la de la segunda, y lo único que sabemos es el volumen inicial y el final, usaríamos la siguiente fórmula, que funciona como una regla de tres: V1·M1=V2·M2.

A partir de aquí, se entraría en la relación entre los puntos de fusión (temperatura a la que un sólido se derrite) y ebullición (temperatura a la que un líquido pasa a gas).

Supongo que siempre te han dicho "echa sal al agua de los espaguetis", quizás habéis preguntado "¿Por qué hay que echarle sal al agua de la pasta? ¿Es para que coja sabor?" La razón es que la sal es un soluto, y lo que hace es aumentar el punto de ebullición, lo que quiere decir que tardará más en evaporarse y el agua tendrá más de 100ºC, lo que hará que la cocción de la pasta sea más rápida.

La razón de que la temperatura de ebullición aumente es que, como sabrás, cuando una sustancia cambia de estado es por la velocidad de movimiento de sus átomos.

Los átomos se encuentran en constante movimiento, incluso un sólido a -120ºC tiene átomos en movimiento. El movimiento es directamente proporcional a la temperatura; más temperatura, los átomos se mueven más rápido. Si te lo preguntas, sí hay una temperatura a la que los átomos no se pueden mover, en la que se encuentran totalmente quietos: 0ºK, que no es lo mismo que 0ºC. Este primer número se ha medido en kelvin. 0ºC kelvin haría referencia a -273ºC, o lo que es lo mismo, 0ºC son 273ºK.

El agua empieza a hervir a 100ºC, ese es su punto de ebullición, en el que sus moléculas tienen tanta velocidad que se separan entre ellos, ocupan más espacio, y resulta un gas. Pero si a ese agua añadimos sal, ese punto de ebullición sube, y es necesario más calor, porque, para decirlo de alguna manera, la sal estorba a las moléculas de agua, reducen su velocidad.

Así, se dice que hay un aumento ebulloscópico y descenso crioscópico.

Pero antes, tengamos en cuenta: el movimiento de estas partículas hace que su volumen aumente, lo que también se traduce a que ejerce una presión, la cual se mide en atmósferas (atm) o milímetros de mercurio (mmHg).

Para saver la presión que ejerce el vapor de una disolución se usa la siguiente fórmula: P del vapor de una disolución=P vapor disolvente·X de disolvente.

También se puede calcular cuanto ha aumentado la presión, lo cual se expresa con una letra griega igual a un triángulo, delta (Δ), Esta letra también se usará para representar el aumento o descenso ebulloscópico y crioscópico respectivamente. La fórmula para saber el aumento de la presión de una disolución respecto a la presión que ejerce el vapor del disolvente puro es: ΔP=P vapor del disolvente puro·X de soluto.

Para calcular el aumento o descenso ebulloscópico y criscópico es necesaria también una constante, la cual varia dependiendo de si es para el aumento ebulloscópico o descenso crioscópico y del disolvente, no es lo mismo la constante del agua que del alcohol.

En todo caso, la formula para el aumento y descenso es la misma: Δt ebullición=t-t ebullición=Kebullición·m.

Los datos necesarios son la constante (K) y la molalidad (m), la cual expliqué como calcular anteriormente. Para complicarlo aún más (¿pensabas que eso era todo? Ja, ja, ja, aun queda un gran infierno en el mundo de la química por descubrir), también existe la presión osmótica.

¿Sabes lo que es la ósmosis? Puedes verlo en tu propia casa con un huevo (el proceso quizás lo explico en otra entrada). Lo que resulta es el paso de disolvente por una membrana semipermeable. Es lo que hacen las células para obtener los nutrientes del medio interno y expulsar sus desechos, algo indispensable para la vida, vamos.

Si se sitúan dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable, tenderán a pasar tanto disolvente como sea necesario para igualar la saturación (o concentración, para relacionarlo con lo anterior) como sea necesario. Pero esto se puede evitar (si por la razón que sea te molesta que se igualen las saturaciones, lo cual me parece bastante aburrido personalmente, es como simetría química entre dos disoluciones, ¿a quien no le gusta la simetría?) variando la presión. La presión necesaria para evitar que se realice la ósmosis se denomina presión osmótica y se representa con la letra pi (aunque no tiene nada que ver con el número pi, ya sabes, 3'1416...). La fórmula para hallar esta presión es muy parecida a otra que he usado en otro tema, pero que no viene muy a cuento: Π·V=n·R·T.

De nuevo te preguntarás "¿Qué cojones es eso de R? Os complicáis demasiado la vida, os aburrís demasiado." No es mi culpa que la química sea tan complicada, yo también me pregunto quién me ha mandado meterme en ciencias. Pues mira, para joder aun más, ¿es la T? Te jodes, no es en ºC, es en kelvin y como la lies ahí ya tienes todo el cálculo mal. La R es otra constante, esa siempre es la misma, 0'082.

Bueno, con eso al fin ya he acabado con las fórmulas, pero si piensas que eso es todo oh boy, OH BOY, te equivocas, porque ahora toca aplicarlo a ejercicios.