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Disoluciones y Propiedades Coligativas
¿ Qué ocurre cuando aumenta la concentración de gases tóxicos como CO, CO2 Y SO2 en el aire? ¿qué tipo de mezcla es el smog?
LA CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN ACUOSA
Se estudiará la composición de las disoluciones desde un punto de vista cuantitativo. Ya que en forma cualitativa , se dice que la disolución es concentrada cuando contiene una gran cantidad de soluto en relación con la del disolvente, por el contrario es diluida si la cantidad de soluto es pequeña.
Para expresar la composición de una disolución , se utiliza el concepto de concentración de una disolución.
Concentración : es la cantidad de soluto disuelto en una cantidad unitaria de disolvente o de disolución.
Concentración Molar o Molaridad ( C)
M = molaridad : cantidad de soluto ( mol) volumen de disolución ( L)
MOLARIDAD (M)
Cantidad de moles de soluto que existen en un litro de solución.
)(.
.
litrosónumenSolucisolutoxVolMM
SolutogramosM
Ejercicios
DENSIDAD
La densidad absoluta o masa específica de una sustancia es la masa de la unidad de volumen de esa sustancia.
Se mide en g/cm3
V
md
DENSIDAD
Un cubo de hielo flota en el agua porque su densidad es MENOR que la del agua.
Un clavo se hunde en el agua porque su densidad es MAYOR que la del agua.
El cloroformo (líquido) queda debajo del agua, porque su densidad es MAYOR que la del agua.
EXPRESIONES EN SOLUCIONES
Porcentaje masa–masa (% m/m) o (% p/p)
Es la masa de soluto que está contenida en 100 g de solución.
100xsolución.g
soluto.gm/m%
EXPRESIONES EN SOLUCIONESPorcentaje masa/ masa (% m/m)
12 g café + 188 g agua = Solución 6% m/m
EXPRESIONES EN SOLUCIONES
Porcentaje masa/volumen (% m/v) o % p/v
Es la masa de soluto que se encuentra en 100 ml de solución.
EXPRESIONES EN SOLUCIONESPorcentaje Volumen-Volumen (% v/v)
20 ml Ac. acético + 80 ml agua = Solución 20% V/V
E
Una solución acuosa de vinagre (CH3COOH) 0,4 % p/v tiene:
A) 0,4 gramos de vinagre en 1000 ml de solución.
B) 0,4 gramos de vinagre en 1000 ml de solvente.
C) 0,4 moles de vinagre en 100 ml de solución.
D) 0,4 moles de vinagre en 100 ml de solvente.
E) 0,4 gramos de vinagre en 100 ml de solución.
A
Calcule % p/v si se dispone de 250 ml de una solución que contiene 15 g de HCN
A) 6,0 % p/vB) 0,6 % p/vC) 60 % p/vD) 66 % p/vE) 0,06 % p/v
MOLALIDAD (M)
Es la cantidad de moles de soluto que están disueltos en 1000 g (1 kg) de solvente.
)kilos(aSolventesolutoxMas.MM
Soluto.gramosm
CONCENTRACIONES PEQUEÑAS
Sustancia muy diluida en otra, es común emplear las relaciones partes por millón (ppm), partes por "billón" (ppb) . El millón equivale a 106, el billón estadounidense, a 109 .
Las partes por millón, se refiere a las partes de soluto en un millón de solución. Comúnmente se utiliza los miligramos de soluto por kilogramo de disolución. 1kg= 1.000.000 mg.
PARTES POR MILLÓN (P.P.M.) Concentración usada para soluciones
extremadamente diluidas. Corresponde a los miligramos de soluto
disueltos en 1000 ml o 1 litro de solución.
1500 ppm = 1500 mg / litro
FRACCIÓN MOLAR (XN) La fracción molar o fracción en moles de soluto en
una solución, es el cuociente entre la cantidad de moles del soluto y la cantidad total de moles en la solución (soluto + solvente).
Moles soluto + moles solvente = moles solución
21
11 nn
nX
21
22 nn
nX
X1: fracción molar soluto X2: fracción molar solvente
n1: cantidad de
moles del soluto
n2: cantidad de
moles del solvente
Ejemplo:Se tienen 2 moles de NaCl y 6 moles de H2O. ¿Cuál es la fracción molar del soluto?
Moles soluto: 2 Moles solvente: 6 Moles solución: 8
21
11 nn
nX
Fracción molar soluto:
25,08
2
62
2X1
Preparación de Preparación de disoluciones disoluciones
acuosasacuosas
DILUCIÓN DE DISOLUCIONES
Principio en que se basa: “todo el soluto contenido en la disolución inicial más
concentrada se encuentra en la disolución diluida final”
Representación de la dilución de una disolución
VfMfViMi
Siempre se cumple que
Dilución de disoluciones
nfni
Disolución concentrada (i) Disolución diluída (f)
Preparación de una disolución de K2Cr2O4 0,0100M por dilución de una disolución de K2Cr2O4 0,250M
10,0 mL de disolución concentradaK2Cr2O4 0,250M
250 mL de disolución diluidaK2Cr2O4 0,0100M
ni = nfMi x Vi = Mf x Vf
0,250M x 10,0x10-3 L = 0,0100 M x 0,250 L2,5x10-3 moles = 2,5x10-3 moles
Ejercicio:Una muestra de 25,0 mL de HCl(ac) se diluye hasta 500,0 mL. Si la concentración de la disolución diluida resulta ser de 0,085 M, ¿cuál era la concentración de la disolución original?
MmL
mLMC
mLMmLC
VCVC
70,10,25
0,500085,0
0,500085,00,25
1
1
2211
Se disponía de una disolución concentrada 1,70 M, de esta se tomó un volumen de 25,0 mL y se colocó en otro matraz y se le agregó agua (disolvente) hasta que se completó un volumen de 500,0 mL, de esta forma se obtuvo una nueva disolución quetiene una concentración 0,085 M, es decir, hay 0,085 moles de HCl por cada Litro de disolución, por tanto en 500 mL hay la mitad de los moles (0,0425n)
CIENCIA PASO A PASO
PÁGINAS 70- 71
SOLUBILIDAD Y SUS FACTORES
Es la cantidad de soluto que a una determinada temperatura se disuelve en una cantidad de solvente dada.
Corresponde a la concentración de una solución saturada
Por ejemplo la azúcar tiene una solubilidad de 20,4 gramos / 100 gramos de agua a 20º C
Esto quiere decir que se disuelven 20,4 gramos de azúcar como máximo en 100 gramos de agua a 20ºC.
CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES SEGÚN GRADO DE SATURACIÓN
Solución saturada: son aquellas que presentan una cantidad de soluto disuelta igual a la solubilidad
Solución insaturada: son aquellas que presentan una cantidad de soluto menor que su solubilidad
Solución sobresaturada: son aquellos que presentan una cantidad de soluto disuelta mayor que la solubilidad. Estas soluciones son inestables y solo pueden existir en condiciones especiales.
EJERCICIOS
Considere los siguientes datos de solubilidad para la sal KCl en función de la temperatura ( en gramos de soluto / 100 gramos de agua)
20º C 40ºC 80ºC
33 39 50
Al respectoCalifique las siguientes soluciones como: saturadas, insaturadas .1)39 gramos de KCl disueltos en 100 gramos de agua a 40ºC…………………………
2)36 gramos de KCl disueltos en 100 gramos de agua a 50ºC…………………………
saturadas
insaturada
SOLUBILIDAD DE LÍQUIDOS
Líquidos miscibles: son aquellos que se disuelven en cualquier proporción ( solubilidad infinita) es decir no hay limite de saturación. Ejemplo: alcohol y agua.
Líquidos inmiscibles: son aquellos que no se disuelven unos en otros ( solubilidad prácticamente nula). Ejemplo: aceite y agua.
Líquidos parcialmente miscibles: son aquellos en que cada uno se disuelve en otro hasta cierto grado, produciendo dos soluciones saturadas. Ejemplo: éter etílico y agua.
FACTORES DE LA SOLUBILIDAD
EFECTO DE LA TEMPERATURA:
Sólido- líquido« la solubilidad en el agua de las sustancias solidas aumenta con el incremento de la temperatura».
Líquido- gas « la solubilidad disminuye al incrementarse
la temperatura, ya que el gas escapara de la disolución» ( en general la solubilidad de los gases es bastante baja y debe expresarse en ppm).
EFECTO DE LA PRESIÓN
Solo afecta a sustancias gaseosas. La solubilidad de un gas sobre cualquier disolvente, aumenta al incrementar la presión del gas, sobre el disolvente, siempre que se mantenga constante la temperatura
Al destapar la botella el gas escapa de la solución formando burbujas ( espuma).Al bajar la presión del gas, la solubilidad disminuye.
NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL DISOLVENTE
En general las sustancias iónicas son solubles en solventes polares.
Las sustancias polares son solubles en solventes polares
Las sustancias no polares son solubles en disolventes no polares.
Es decir « lo semejante disuelve a lo semejante»
EJERCICIO 12A 25 ºC SE DISUELVE COMO MÁXIMO 180 G DE NITRATO DE SODIO EN 200 G DE AGUA.(A) ¿QUÉ SIGNIFICA QUE ESTA DISOLUCIÓN ESTÉ SATURADA?(B) ¿CUÁL ES LA SOLUBILIDAD DEL NITRATO DE SODIO EN AGUA A ESA TEMPERATURA?(C) SI SE DISUELVE 50 G DE NITRATO DE SODIO EN 100 G DE AGUA A 25 ºC, ¿SE OBTIENE UNA DISOLUCIÓN SATURADA? RAZONA LA RESPUESTA.
# Contesta al apartado (a).
Significa que dicha disolución no admite más soluto: se ha disuelto la máxima masa posible.
# Contesta al apartado (b).
Si 200 g de agua se disuelve como máximo 180 g de nitrato de sodio, en 100 g de agua se disolverá la mitad de soluto; por lo tanto, la solubilidad es
90 g de nitrato / 100 g de agua.
# Contesta al apartado (c).
No se obtiene una disolución saturada, ya que los 100 g de disolvente admiten hasta 90 g de nitrato de sodio y sólo se ha disuelto 50 g de dicho nitrato.
EJERCICIO 13A PARTIR DE LAS CURVAS DE SOLUBILIDAD MOSTRADAS EN EL GRÁFICO, DETERMINA:(A) ¿CUÁL ES LA SOLUBILIDAD DEL NITRATO DE POTASIO A 25 ºC?(B) ¿A QUÉ TEMPERATURA LA SOLUBILIDAD DEL NITRATO DE POTASIO ES DE 80 G/100 G DE AGUA?(C) ¿QUÉ MASA DE NITRATO DE POTASIO DEBE DISOLVERSE EN 150 G DE AGUA PARA OBTENER UNA DISOLUCIÓN SATURADA A 25ºC?
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
temperatura (ºC)
solu
bili
dad
(g
so
luto
/100
g a
gu
a)
Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio
# Contesta al apartado (a)
36 g/100 g agua
# Contesta al apartado (b)
50 ºC
# Contesta al apartado (c)
;
Como la solubilidad del nitrato de potasio es de 36 g/100 g agua, para deducir la masa de nitrato que se disolverá en 150 g aplicamos la siguiente proporción:
g
m
g
g
150100
36 gm 54
100
15036
EJERCICIO 14
(A) LEE EN LA GRÁFICA LAS SOLUBILIDADES DEL SULFATO DE COBRE, DEL CLORURO DE SODIO Y DEL NITRATO DE POTASIO A 20 ºC.(B) ¿CUÁLES SON LAS SOLUBILIDADES DE ESTAS SALES A 60 ºC?(C) ¿QUÉ DIFERENCIAS OBSERVAS EN LA VARIACIÓN DE LA SOLUBILIDAD CON LA TEMPERATURA DE ESTAS TRES SALES?
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
temperatura (ºC)
so
lub
ilid
ad (
g s
olu
to/1
00 g
ag
ua)
Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio
# Contesta al apartado (a)
# Contesta al apartado (b)
# Contesta al apartado (c)
solubilidad 20 ºC 60 ºC
Nitrato de potasio
30 g/100 g agua 105 g/100 g agua
Sulfato de cobre
20 g/100 g agua 45 g/100 g agua
Cloruro de sodio
38 g/100 g agua 39 g/100 g agua
Vemos que la variación de la solubilidad con la temperatura es muy grande para el nitrato de potasio, moderada en el caso del sulfato de cobre y muy pequeña para el cloruro de sodio.
EJERCICIO 16
¿CUÁNTOS GRAMOS DE CLORURO DE SODIO HAN DE DISOLVERSE EN 1500 G DE AGUA A 30 ºC PARA OBTENER UNA DISOLUCIÓN SATURADA?
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
temperatura (ºC)
solu
bili
dad
(g
so
luto
/100
g a
gu
a)
Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio
# Determina, a partir de la curva de solubilidad del cloruro de sodio, su solubilidad a 30 ºC.
38 g/100 g agua
# Calcula la masa de cloruro de sodio que se disolverá.
Como la solubilidad del cloruro de sodio es de 38 g/100 g agua, para deducir la masa de cloruro que se disolverá en 1500 g aplicamos la siguiente proporción:
g
m
g
g
1500100
38 gm 570
100
150038
LAS PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES
PROPIEDADES PROPIEDADES CONSTITUTIVASCONSTITUTIVAS
PROPIEDADES PROPIEDADES COLIGATIVASCOLIGATIVAS
PROPIEDADES COLIGATIVAS Son aquellas propiedades que dependen
directamente del numero de partículas de soluto en la solución y no de la naturaleza de las partículas de soluto.
Clasificación
Descenso en la presión de vapor .
Aumento del punto de ebullición.
Disminución del punto de congelación.
Presión Osmótica.
PRESIÓN DE VAPOR.
Es una medida del número de moléculas que escapan de la superficie de un liquido por unidad de área. Según esto hay líquidos volátiles, como la acetona y el alcohol, que tienen presión de vapor alta, es decir, pasan con facilidad de liquido a gas, y líquidos no volátiles con una presión de vapor baja.
I- DESCENSO EN LA PRESIÓN DE VAPOR
Una propiedad característica de los líquidos es su tendencia a evaporarse.
Este proceso fue estudiado por Químico Frances Raoult.
Ley de Raoult : la presión de vapor de una solución diluida, de soluto no volátil y no iónico, es igual al producto de la presión de vapor del solvente puro y la fracción molar del solvente en la solución.
Pv =Pºv · Xd
Pv= presión de vapor de la solución.Pºv = presión de vapor del solvente puro.Xd= fracción molar del solvente en la solución.
P = presión de vapor de la solución.PA = presión parcial del componente APB= presión parcial del componente B.
P = PA + PB
Para mezclas de líquidos miscibles
PUNTO DE EBULLICIÓN (TE)
Es la temperatura a la cual la presión de vapor se iguala a la presión atmosférica.
II- AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
La presión de vapor de un líquido aumenta al aumentar la temperatura de un líquido que hierve, cuando su presión de vapor iguala a la presión externa o atmosférica que se ejerce sobre su superficie.
Este fenómeno queda establecido por las siguientes ecuaciones:
Teb = Teb - TºebTeb = Keb· m
Teb= Variación de la temperatura de ebullición.Keb= Cte. ebulloscópica, depende de la naturaleza del disolvente.M= Molalidad.Teb= Temperatura de ebullición de la solución.Tºeb= Temperatura de ebullición del solvente puro.
PUNTO DE CONGELACIÓN ( TC)
Es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido y del sólido son iguales. A dicha temperatura el liquido se convierte en sólido.
III- DESCENSO DEL PUNTO DE
CONGELACIÓN
El punto de congelación de una solución es siempre mas bajo que el del solvente puro. Como las moléculas del solvente en una solución están algo mas separadas entre si ( por partículas de soluto) de los que están en el solvente puro, la temperatura de la solución debe disminuir por debajo del punto de congelación del solvente puro para congelarla.
TC = T°C-TCTC = KC · M
TC = VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE CONGELACIÓN.KC= CONSTANTE CRIOSCÓPICA.M= MOLALIDADTºC= TEMPERATURA DE CONGELACIÓN DEL SOLVENTE PURO.TC= TEMPERATURA DE LA DISOLUCIÓN.KC H2O= 1.86 °C/molal
IV- PRESIÓN OSMÓTICA
Presión Osmótica () y es la presión requerida para detener la osmosis; esta presión depende de la temperatura y de la concentración de la solución.
=n R TV
= Presión Osmótica (atm)V = Volumen de la solución (L)R = Constante de los gases ideales (0,082 L atm/ °K mol)n = Número de moles de solutoT = Temperatura (°K)
=M R TEcuación de Van`t Hoff
Paso de disolvente pero no de solutos entre dos disoluciones de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable.
Presión osmótica ()
M: molaridad de la disolución.R: constante de los gases.T: temperatura absoluta.
Presión que se requiere para detener la osmosis
TRM
Osmosis
OSMOSIS - APLICACIONES PRÁCTICAS
Organismos VivosGlóbulos rojos de la sangre (Hematíes)
Solución Isotónica (igual concentración de iones en solución y célula
Solución Hipertónica (mayor concentración de iones en solución que en célula
Solución Hipotónica (menor concentración de iones en solución que en célula
El glóbulo rojo se arrugará (plasmolisis)
el glóbulo se hinchará (turgencia) y puede llegar
a estallar (hemólisis)
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