Disoluzio

Kimika arloan, disoluzio, edo latinetik “dissolutĭo”, bata bestearekin erreakzionatzen ez duten substantzia bat baino gehiagoren arteko nahaste homogeneoa da. Nahasturan substantzia hauek maila mikroskopikoan ondo barreiatuak daudenez, substantzia homogeneo eta uniformetzat har daiteke. Hala ere, disoluzioetan bi osagai nagusi bereizten dira; disolbatzailea eta solutua, lehena proportzio gehienekoan  dagoenari deritzo eta orokorki nahasturari bere agregazio-egoera ematen dio, aldiz solutua, proportzio gutxienekoan dagoenari deritzo, eta nahastean bat baino gehiago aurki daiteke.

Esan bezala, orokorrean, proportzio handienean dagoen osagaiak baldintzatuko du nahasturaren egoera fisikoa, eta horregatik hainbat eta hainbat disoluzio mota aurki daitezke; gasak likidotan, gasak solidotan, solidoak solidotan, besteak beste.

Disoluzio baten adibide garbi eta jakina, uretan gatza (NaCl) disolbatzean lortzen den nahastura izan daiteke. Kasu honetan ura disolbatzailea izanik eta gatza solutua.

1.- Nahaste homogeneoak dira

2.- Substantzia bat disolbatu ondorengo bolumenak ez du zertan disolbatzailearen eta solutuaren bolumenen arteko batura izan behar, handiagoa ala txikiagoa izan daiteke.

3.- Disoluzio bateko disolbatzailearen eta solutuaren arteko proportzio erlatiboa kontzentrazioa erabiliz azaltzen da, eta kontzentrazioa adierazteko hainbat modu daude.

4.- Ezaugarri fisikoak, kontzentrazioak baldintzatzen ditu:

• HCl disoluzioa (azido klorhidrikoa) 12 mol/L Dentsitatea = 1,18 g/cm3
• HCl disoluzioa (azido klorhidrikoa) 6 mol/L Dentsitatea = 1,10 g/cm3

5.- Disoluzioak zentrifugatu arren, solutuaren partikulak 10 Angstrom (Å) baino txikiagoak direnez ez dira jalkituko

Nahiz eta disolbatzailearen eta solutuaren arteko konbinazioak asko izan eta hauek osatzen dituzten disoluzio motak talde askotan banatzen diren, lehenik nahaste hauek sailkatzeko bi talde nagusi bereizten dira; homogeneoak eta heterogeneoak.

                Solutua (disolbatzen den solido, gas edo likidoa) partikula txikietan barreiatzen da barneratuko duen konposatuan, hau da disolbatzailean, hau gertatzean eta bai bista arruntez eta baita maila molekularrean, itxura eta konposizio konstantea mantentzen duen nahastea lortzean, disoluzio homogeneoa lortu dela esaten da. Disoluzio mota hauetan nahiz eta osagaien kontzentrazioa aldatu, nahastearen bolumenaren edozein puntutan propietate berak aurki daitezke.

Kuantitatiboki aztertu gabe, disoluzio diluitua, solutu gutxiko nahastura izango litzake, hau da, solutuan kontzentrazio murritz edo arbuiagarrikoa den solutu eta disolbatzaile nahastea.           

Kuantitaboki aztertu gabe, disoluzio kontzentratuak, solutu kantitate esangarriko nahasturak dira.

Disolbatzaile jakin batek, solutu kantitate jakin batetik haratago gehiago disolbatu ezin duenean, disolbatzailea solutu horretan saturaturik edo asetuta dagoela esan ohi da.      

Disoluzio ase batean solutu gehiago disolbatzen saiatuz gero, hau da, disolbatzaileak onar eta barnera dezakeen solutu kantitatea baino gehiago ezarriz gero, hauspeaketa erreakzioa gertatuko da, hau da, solutua disoluzioaren ondora jalkiko da.

Disoluzio asetu batean disolbatutako solutuaren kontzentrazioa solutu horren disolbagarritasuna da. Disolbagarritasuna disolbatzailearen eta solutuaren arteko elkarrekintzen menpe egongo da, eta nagusiki tenperaturarekin aldatuko da. Gehienetan tenperatura handiagoa egiten denean disolbagarritasuna ere handiagoa da, baina ez da arau orokor bat.

Aspektu uniformea ez duten eta bere osagaiak erraz bereiztu daitezken edo prozedura optiko baten bidez (ura + izotza, ura + hondarra...) bereiztu daitezkeen nahastea da. Osatzen duten sustantzien proportzioak aldakorrak dira, beraz, nahastearen propietateak ere aldakorrak dira.

Osagai bakoitzak bere propietateak mantentzen ditu: Burdin pinportak, sufrearekin nahasten badira, nahastean, burdinak bere propietate magnetikoak mantenduko ditu eta sufreak bere kolore horia mantenduko du.

-Suspentsioa: Eremu likido batean, dispertsatzen diren, partikula txiki edo solido hauts ez disolbagarriz eratutako nahaste heterogeneoa da. Suspentsio batean parte hartzen duten partikulak, mikroskopikoak izan daitezke, eta bere tamaina aldakorra, sustantzia motaren arabera. Suspentsioen adibide batzuk: Zukua, salda beroa, margolanak.

-Koloidea edo koloidalen dispertsioa: koloidea, suspentsioengatik desberdintzen dira, nagusiki, barraiatutako partikulen tamainan. Koloideetan itxuraz nahastea homogeneoa da, barraiatutako partikulak ez dira begi bistaz ikusten, baina mikroskopioarekin ikusi daitezke( 10-6 eta 2·10-4 mm). Disoluzio koloidaletan Tyndall efektua gertatzen da. Supentsio kimioketan ere mikroskopioaren bidez ikusi daitezke( 1µm baino handiagoak). Gainera, jalkitzean, suspentsio kimiko baten faseak banandu egiten dira. Koloideko faseak berriz, ez dira banatzen. Suspentsio kimikoa iragazkorra da, koloidea berriz ez.

Partikulen tamaina 10-6 mm baino txikiagoak direnean, nahastea ez da heterogeneoa kontsideratzen, homogeneoa baizik.

Nahaste homogeneoen konposatuek propietate ezberdinak dituzte, adibidez degradazio egoera, dentsitatea edo disolbagarritasuna. Propietate hauen bitartez sustantziak identifikatu ditzakegu eta nahaste bateko konposatuen banaketa errazten da.

Agregazio egoera ezberdineko konposatuak: Konposatu  solido bat eta likido bat osatzen duten nahastea banantzeko, iragazketa erabili daiteke.

Dentsitate ezberdineko konposatuak: Kasu honetan, sedimentazioa, dekantazioa edo zentrifugazioa bezalako teknikak erabiltzen dira.

• Sedimentazioa: Grabitatearen akzioaren bitartez, dentsitate ezberdineko nahaste baten konposatuak banatzea da. Adibidez, buztina uretan.
• Dekantazioa: Dekantazio enbutu baten bitartez,  likido nahastezinak banandu daitezke. Adibidez, ura eta olioa.
• Zentrifugazioa: Errotazio baten bitartez, dentsitate ezberdina duen nahaste baten konposatuen pisuen arteko ezberdintasunak handitzean datza. Adibidez, nata eta esnea banantzeko erabili daiteke.

Emultsioak: Nahastu ezin daitezkeen bi likido daudenean, likidoetako bat  beste likidoan sakabanatzen denean.

Emultsioak. era ezberdinetan eratu daitezke. Batzuetan, konposatuen partikulak urtu egiten dira, eta kapa antzeko bat sortzen da. Beste batzuetan, partikulak, nahastearen leku espezifiko batean kontzentratu daitezke eta masa bat osatu.         

Disolbagarritasuna esaten diogu substantzia batek disolbatzaile jakin batean disolbatzeko duen gaitasunari eta substantzia bakoitzaren ezaugarri bat da. Substantzia guztiak ez dira elkarrekin modu berean nahasten. Disolbatzaile likido bati solutu solido bat gehitzean, hasieran, egoera solidoan dagoen solutua disolbatzen hasiko da, baina denbora aurrera joan ahala, disoluzioan dagoen solutua egoera solidora ere igaroko da. Beraz, prozesu hau bi noranzkoetan gertatuko da, bat disolbatzea izango da eta bestea, kristalizatzea. Bi prozesu horien abiadura berdina denean, disoluzioan dagoen solutu kantitateari disolbagarritasuna deritzo, eta une horretan, esan ohi da disoluzioa asea dela, disoluzioa oreka dinamikora heldu delarik. Batzuetan, disoluzio kontzentratu eta disoluzio dilutitu terminoak erabiltzen dira. Disoluzio kontzentratua solutu kantitate altua duena da, eta disoluzio diluitua, berriz, solutu kopuru txikia duena. Zenbait kasuetan, disoluzio batek tenperatura jakin batean izan beharko lukeen baino solutu kopuru handiagoa dauka disolbatuta, eta kasu horretan disoluzio gainsaturatu baten aurrean gaudela esan ohi da. Disolbagarritasuna tenperaturarekin aldatzen da, eta kasu gehienetan, tenperatura igotakoan, disolbagarritasuna ere handitzen da. Tenperaturak disolbagarritasunean daukan eragin hori, oso baliagarria da substantziak purifikatzeko. Askotan, erreakzio kimiko batean lortutako produktuak ez dira guztiz puruak, eta ezpurutasun horiek kentzeko disolbagarritasuna oinarri bezala hartu behar da. Adibidez, substantzia nagusia eta haren ezpurutasunak disolbatzaile jakin batean ondo disolbatzen direnean, purifikatu nahi den substantzia tenperatura altuan disolbatuko da disolbatzaile horretan, kontzentrazio altuan. Ondoren, bero dagoen disoluzioa hozten utzi behar da, eta tenperatu jaitsi ahala, disolbagarritasuna ere jeitsiko da. Horren ondorioz, tenperatura jakin batean, disoluzioa purifikatu nahi den substantziaz ase egongo da. Beraz, substantzia nagusia hauspeatu edo kristalizatuko da, eta ezpurutasunak disoluzioan geratuko dira, kopuru txikiagoan daudelako. Purifikatze-metodo horri zatikako kristalizazioa edo birkristalizazioa esaten zaio.

Disoluzio motak bi modutan bana daitezke hauen konposaeraren arabera, lehenean, disoluzioaren agregazio egoeraren arabera sailkatuko da, hau da, nahastea sortzeko erabili diren osagaien agregazio egoeraren arabera, eta bigarrenean, disoluzioaren kontzentrazioaren araberakoa da.

• Solidoa solidoan: bai solutua eta baita disolbatzailea ere solidoak direnean deitzen zaie honela. Adibidez, zinkaren eta eztainuaren arteko aleazioa.
• Gasa solidoan: gas bat solidoan disolbatzean eratzen da. Adibidez, hidrogenoa eta paladioaren arteko nahastea.
• Likidoa solidoan: likido bat solido batean disolbatzean sortzen da. Adibidez, merkurioaren eta zilarraren arteko nahastea.

• Solidoa likidoan: gehien erabiltzen diren disoluzioak dira eta solido bat likido batean nahastean egiten dira. Adibidez, azukrea uretan disolbatzen denean.
• Gasa likidoan: gasa likidoren batean disolbatzean sortzen da. Adibidez, oxigenoa uretan disolbatzen denean.
• Likidoa likidoan: gehien erabiltzen den beste nahasteetariko bat da. Likido bat beste batean disolbatzean datza eta adibide garbi bat alkohola eta uraren artekoa da.

• Solidoa gasean: edozein solido gas batean disolbatzean eratzen da. Adibidez, kea.
• Likidoa gasean: disoluzio mota hau lainoetan dago
• Gasa gasean: gasak beste gas batzuetan disolbatzean datza. Nitrogenoa eta oxigenoaren arteko adibideak atmosferan aurki daitezke.

Bere kontzentrazioaren arabera,disoluzioa kualitatiboki edo kuantitaboki bereiz daiteke.

Disoluzio enpirikoak, nolabait esatearrean, kualitatiboki daude bereizita, hau da, ez dira kontuan hartzen disoluzioko solutu eta disolbatzaile kantitateak, beraien arteko erlazioa eta proportzioa baizik:

• Disoluzio diluituak: Disoluzio mota hauetan, solutu eta disolbatzaile proportzioa kontuan izanez gero, disolbatzaile bolumen handia bereiz daiteke bertan disolbatuta dagoen solutu murritzaren aurrean.
• Disoluzio saturatugabeak: Tenperatura eta presio jakin batzuetan, disoluzio honek ez du jasan dezakeen solutu kantitate maximoa izango.
• Disoluzio saturatuak: Tenperatura eta presio jakin batzuetan, disoluzio honek jasan dezakeen solutu kantitate maximoa izango du, eta beraz, ezingo du solutu gehiago disolbatu bere baitan, aldi berean, solutu eta disolbatzailearen arteko oreka sortuko da.
• Disoluzio gainsaturatuak: Tenperatura eta presio jakin batean disoluzio batek jasan dezakeen solutu kantitate maximoa gainditzean lortzen da disoluzio hau, eta lehen bertan zegoen oreka, hau da, disoluzioa saturatua zueneko oreka apurtu egingo da, horrezgeroztik aurrera hauspeaketa gertatuko da, hots, disolbatzaileak solutu gehiago disolbatu ezin duenezkero disoluzioaren ondora jalkiko da.

Disoluzio enpirikoak ez bezala, disoluzio hauek kuantitaboki daude bereizita, hau da, disoluzioan dauden solutu eta disolbatzaile kantitate zehatzak kontuan hartzen dira. Disoluzioaren bolumen osoan zehar honen konposaera jakiteko balio dutenez, disoluzio baloratuak sarri zientzian eta teknologian dira erabiliak, hauetan konposaeraren zehaztasuna oso fidagarria baita.

Hainbat disoluzio baloratu daude:

• Portzentualak: % masa, % bolumena eta % m/v.
• Normalitatea.
• Molaritatea
• Molalitatea.

Disoluzio guztian zehar kontzentrazio bera egongo da, hots, prestaturiko disoluziotik zati txiki bat hartu arren, disoluzioak osoki duen kontzentrazio bera edukiko du. Kontzentrazio hori, solutu kantitateak baldintzatuko du eta unitate desberdinetan eman daiteke:

• % masa: Ehun gramo disoluziotan zenbat gramo solutu dauden adierazten du.
• % bolumena: Ehun mililitro disoluziotan zenbat mililitro solutu dauden adierazten du.
• % m/v: Ehun mililitrotan zenbat gramo solutu dauden adierazten du.
• g/l : Disoluzio litro bakoitzeko zenbat gramo solutu dauden adierazten du
• Normalitatea: Disoluzio litro batean zenbat baliokide kimiko dauden adierazten du.
• Molaritatea: litro bat disoluzioan zenbat mol solutu dauden esaten du.
• Molalitatea: Kilogramo bat disolbatzailetan zenbat mol dauden adierazten du.

Propietate koligatiboak gehitutako solutu kopuruaren edo kontzentrazioaren menpe dauden propietateak dira, eta disolbatutako substantziaren izaerak ez du propietate hauetan eraginik izaten. Propietate koligatibo ezagunenak honako hauek dira:

1. Beherakada krioskopikoa eta irakite-puntuaren igoera: Fase-diagrama batean disolbatzaile puruari dagozkion likido/lurrun eta solido/likido makurrak irudikatzean, ikus daiteke disoluzio batean dagoen disolbatzailearen izozte-puntua, disolbatzaile purua izango balitz edukiko lukeena baino txikiagoa dela, eta disoluzioaren irakite-puntua, aldiz, disolbatzaile puruarena baino altuagoa da. Bestalde, substantzia baten irakite-puntu normala eta fusio-puntu normala zehazteko, likido/lurrun eta solido/likido makurrek 1atm-n ematen duten balioa ikusi behar da. Raoult-en legeak dio disolbatzailearen lurrun-presioa txikiagoa egiten dela solutu bat dagoenean. Ondorioz, disoluzioaren izozte-puntua txikiagoa izango da, eta irakite-puntua, berriz, altuagoa. Zenbat eta solutu gehiago disolbatu, orduan eta handiagoa izango da bi puntu horien aldaketa; beraz, propietate koligatiboak direla ondoriozta dezakegu. Fusio-tenperaturaren beherakada eta irakite-tenperaturaren gorakada disolbatutako solutuaren kantitatearekin erlaziona daiteke hurrengo moduan: ΔT_f = -K_f x m eta ΔT_{b =} K_b x m, non K_f eta K_b disolbatzaile bakoitzak bereizgarri duen konstanteak diren eta m disoluzioaren molaltasuna den, bere unitateak gradu/ kg x mol izanik. Fusio-puntuaren beherakadaren formulan agertzen den minus zeinuak jaitsiera bat gertatzen dela adierazten digu.
2. Presio osmotikoa: Mintz erdiragazkor batek, disolbatzaileari bi noranzkoetan igarotzen uzten dio, baina solutuari ez dio iragaten uzten. Horren ondorioz, kontzentrazio desberdineko bi disoluzio mintz erdiragazkor baten bidez banatuta daudenean, disolbatzaileak mintz hori zeharkatzen du kontzentrazio baxueneko gunetik, kontzentrazio altuena duenera; hau da, disoluzio diluituenetik kontzentratuenera igarotzen da, sistema orekara heldu arte. Fenomeno honi, osmosia deritzo eta garrantzi handia dauka prozesu biologikoetan maila zelularrean. Beraz, disoluzio baten presio osmotikoa osmosia ez gertatzeko, edo gauza bera dena, disolbatzailearen fluxua geldiarazteko, mintz erdiragazkor batez banatutako disoluzioen gainean egin beharreko presioa da. Presio osmotiko berdina duten disoluzioei isotoniko deitzen zaie. Disoluzio baten presio osmotikoa beste batena baino txikiagoa denean, disoluzio horri hipotoniko deitzen zaio, eta handiagoa denean, berriz, hipertoniko. Van't Hoff- ek adierazi zuen disoluzio diluitu ideal baten presio osmotikoa, disoluzioaren tenperatura berdinean aurkitzen zen eta disoluzioak okupatzen zuen bolumen osoa hartzen zuen gas batek egingo lukeen presioaren berdina zela. Horren ondorioz, disoluzio diluitu ez-ionikoetan presio osmotikoa kalkulatzeko ekuazio bat lortu zuen: π x V = nRT . Ekuazio horretan, π presio osmotikoa, V disoluzioaren bolumena, n disolbatutako mol kopurua, R gasen konstante unibertsala, eta T tenperatura dira. Osmosiak aplikazio praktiko garrantzitsuak ditu; adibidez, solutu ezezagunen pisu molekularra lortzeko, eta gaixoei injektatzen zaizkien zain barneko injekzioen kontzentrazioa kalkulatzeko baliagarria da.
3. Lurrun-presioaren beherakada: Likido baten lurrun-presioa likidoarekin orekan dagoen lurrunak eragiten duen presioa da, likidoaren izaeraren araberakoa da,eta tenperaturarekin aldatzen da. Disoluzio baten kasuan, Raoult izeneko kimikari frantziar batek frogatu zuen solutua disolbatzaile batean disolbatutakoan, disolbatzailearen lurrun-presioa txikiagoa bihurtzen zela. Horren ondorioz, Raoult-en legea sortu zen: P_A =Ӽ_A x P^º, non P^º disolbatzaile puruaren lurrun-presioa, P_A disolbatzailearen lurrun-presioa nahastean eta Ӽ_A solutuaren frakzio molarra diren. Lege honek, disoluzio baten lurrun- presioa disolbatzailearen frakzio molarraren zuzenki proportzionala dela adierazten du. Bi osagai lurrunkorreko nahasteetan, lurruna aberatsagoa da osagai lurrunkorrenean beti. Nahaste batean, osagai baten frakzio molarra beti 1 baino txikiagoa izango da; beraz, disolbatzailearen lurrun- presioa nahaste batean beti izango da disolbatzaile puruaren lurrun-presioa baino baxuagoa. Esan ohi da Raoult-en legea betetzen duten disoluzioak idealak direla. Hala ere, disoluzio ez-idealetan nahiko ondo betetzen da lege hau, disolbatzailea kantitate handian dagoenean; hau da, disoluzioa diluitua denean (frakzio molarra 0,98 edo handiagoa) eta presio baxuetan. Praktikan, disolbatzean ioietan disoziatzen ez den eta ez-hegazkorra den solutu batez osatutako disoluzio diluituak disoluzio idealak balira bezala jarduten dute.

Henry-ren legea: Disoluzio diluitu ideal batean, solutu baten lurrunaren presioa ematen digu. Disolbatzailearentzat Roult-en legea erabiltzen jarraitzen da: PA=xAP∗A

Gas bat likido batekin harremanetan ipintzean gasaren molekulak (bere energia termodinamikoa -presio eta tenperatura- dela eta) gas-likido interfasean sartu eta honen barnean banatzen dira. Egoera honi gasen disoluzioa esaten zaio, hau da, gas-likido disoluzio baten eraketa. Gas bat fase likidoan disolbaturik dagoenean gasaren kontzentrazioari (c) esaten zaio fase gaseosoan dagoenean eta presio partzialarentzako (p) erabiltzen den bitartean. Bada Henry-ren legeak bi adierazpen erlazionatzeko, Henryren konstantea erabiltzen du honela desio den presioa kalkulkalatzea ahalbidetuz.

Horretarako, disolbatzaile bat eta solutuak dituen disoluzio diluitu ideal bat dagoenean, solutuek gas fasean eragiten duen presioa kalkulatzen da.

• Behin oreka lortuta:

μi,l(T,P)=μi,v(T,P) (1)

• Potentzial kimikoak, bere baloreengatik ordezkatuz:

μ0i,l(T,P)+RTlnxi=μ0i,v(T)+RTlnPiP0 (2)

• Terminoak elkartuz eta propietate logaritmiko nepertarrak erabiliz:

μ0i,l(T,P)−μ0i,v(T)RT=lnPixiP0 (3)

• Bakanduz

P0eμ0i,l(T,P)−μ0i,v(T)RTKH=Pixi (4)

• KH Henry-ren konstantea

Pi=KHxi (5)

Henry legeak argitzen duenez tenperatura jakin batean eta saturazioa egoeran likido batean disolbatzen den gas kopurua gasak likidoaren azalean eragiten duen presioarekiko zuzenki proportzionala da.

Henry legean izendatzen duen saturazio kontzeptuak gasaren presiorena (gas egoeran) eta bere tentsioaren (likido egoeran) dagoen orekaz ari da. Presioa tentsioa baino handiago denean azpisaturazio egoera esaten zaio, berdinak direnean saturazio esaten zaio eta presioa disolbaturiko gasaren tentsioa baino txikiagoa denen supersaturazioa esaten zaion bitartean. Azpisaturazioan dagoen likido batek oreka (saturazio) irtsi arte gas egoerako gasa disolbatuko du. Supersaturazio egoeran disolbaturiko gasa botako du oreka (saturazio) egoerara iritsi arte.

Gasen solubilitatea likidoetan

Likidoetan gutxi disolbatzen diren gasak, disoluzioa, idealera hurbiltzen da, solutuan Henry-ren legea betez. Presioa igotzen denean, Henry-ren legeari dagokionez, desbideratze bat sortzen da, disoluzioa, diluitu ideal bezala jokatzeaz uzten duelako.

Meteorizazio kimiko bat da disoluzioa. Disolbatzaile gisa, ur garbia nahikoa da. Material disolbakorrak ebaporitak dira (adb. sukaldeko gatza edo igeltsua). Disoluzioaren intentsitatea ur kantitatearen eta tenperaturaren araberakoa da: tenperatura geroz eta altuagoa, disoluzioa hare eta eraginkorragoa. Ekuatorean poloetan baino disoluzio gehiago dago.

• Disoluazioak
• Disoluzioak lantzeko ariketa.

^{[1] [2] [3] [4]}

• Esekidura
• Suspentsio koloidala