Apooley Disoluciones Y Propiedades Coligativas

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Disoluciones

»Unidades de concentración:· Molaridad· Fracción molar· Porcentaje en masa (ppm)· Molalidad

» Fundamentos de la solubilidad:· Interacciones soluto-disolvente· Efecto de la Tª· Efecto de la presión

» Propiedades coligativas:· Descenso de la presión de vapor· Aumento del punto de ebullición · Descenso del punto de congelación· Presión osmótica· Propiedades coligativas de los electrolitos

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Unidades de concentración

Una disolución es una mezcla homogénea de un soluto(sustancia disuelta que está en menor proporción) distribuido en un disolvente (sustancia que produce la disolución, está en mayor proporción y determina el estado de agregación en el que se encuentra la disolución).

Ag-Sn-HgAmalgama para dientes

Cu-ZnLatón amarilloDisoluciones Sólidas

H2O, CO2, sacarosa, y otrosGaseosa

H2O y ácido acéticoVinagre

H2O, NaCl, y muchos otrosAgua de marDisoluciones Líquidas

CH4, C2H6Gas NaturalN2, O2, H2 y otrosAire

Disoluciones gaseosasComponentesDisolución

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Molaridad

M= moles de solutolitros de disolución

Preparación de disoluciones diluidas a partir de disoluciones más concentradas:

nº moles en disoluc. concentrada = nº de moles en disoluc diluida

McVc= MdVd

Molalidad

m = moles de solutoKg de disolvente

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Fracción molar:XA = moles de A

moles totales

Σxi= xA+xB+....= 1 % en masa

% masa =masa de soluto

masa total de disolución

ppm = masa de soluto

masa total de disoluciónx 106 = % masa x 104

Para disoluciones muy diluidas se utilizan:

ppm: partes por millón (µg/g, mg/L)

ppb: partes por billón (ng/g, µg/L)

ppt: partes por trillón (pg/g, ng/L)(Nota: 1.0 L para densidad 1.0 g/mL = 1000 g)

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Fundamentos de la solubilidad

Factores que afectan a la solubilidad:Factores que afectan a la solubilidad:» Interacciones soluto-disolvente» Efecto de la temperatura» Efecto de la presión

Interacciones soluto-disolvente- Dos sustancias que tienen el mismo tipo y magnitud de fuerzas

intermoleculares serán solubles entre sí. - La solubilidad de las sustancias no polares en agua es muy

pequeña, y en general los compuestos orgánicos no son solubles en agua. Sin embargo, existen unos pocos compuestos orgánico solubles en agua como el metanol, etanol y el etilenglicol. Todos ellos poseen grupos –OH en la molécula, observándose un aumento de la solubilidad por interacciones por puentes de H.

etanol etilenglicol glicerol

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-La solubilidad de lo compuestos iónicos en agua (varía de unos compuestos a otros) depende de un equilibrio entre dos fuerzas, ambas de naturaleza eléctrica.

a) Fuerzas de atracción entre las moléculas de agua y los iones, que tienden a disolver el sólido. (Ej. NaCl, NaOH)

b) Fuerzas de atracción entre iones con cargas opuestas, que tienden a mantenerlos en estado sólido. (Ej.BaSO4, CaCO3)

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Disolución diluida: Una disolución donde puede ser disuelto más cantidad de soluto.

Disolución saturada:Una disolución donde no se puede disolver más cantidad de soluto,

y se establece un equilibrio entre las moléculas en estado sólido y en disolución.

Disolución sobresaturada:Una disolución en la cual se disuelve más soluto que en una

disolución saturada..


Efecto de la temperatura sobre la solubilidad

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Solubilidad:Cantidad de soluto requerido para formar una disolución saturada.

⇒ A 20ºC y 1 atm de presión una disolución saturada contiene:· 204 gr de sacarosa en 100 gr de agua.· 0.00138 moles de O2 por litro de agua.

Disolución de sólidos en líquidos

sólido + líquido disolución ∆Hdisolución> 0

♣ La solubilidad de los sólidos aumenta con la temperatura.

Tª

Solubilidad

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Disolución de gases en líquidos

gas + líquido disolución ∆Hdisolución< 0


♣ La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la Tª.

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Efecto de la presión sobre la solubilidad


La presión tiene un efecto importante sobre la solubilidad para los sistemas gaseosos. A una Tª determinada, el aumento de presión implica un incremento en la solubilidad del gas en el líquido.

Cg = k Pg

Ley de Henry:

Cg= Concentración del gas en la disoluciónPg= Presión parcial del gas sobre la disolución

La concentración de un gas disuelto en un líquido a determinada temperatura es directamente proporcionala la presión parcial del gas sobre la solución

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Problema referente a la ley de Henry.¿cuál será la concentración de O2 en el agua dulce de un arroyoEn equilibrio con el aire a 25ºC y 1 atm?Exprese la respuesta en gramos de O2 por litro de agua.Para aplicar la ley de Henry es necesario conocer la presión parcial de O2 en la atmósfera, el valor es 160 mmHg.

Cg= k Pg (k=1.66x10-6 M/mmHg)

Cg= 1.66x10-6 (M/mmHg) x 160 mmHg= 2.66x10-4 M.

Cg en gramos/L = 2.66x10-4 M x32 g/mol= 8.5x10-3 g/L.

Constantes de la ley de Henry para otros gases en M/mmHg:CO2 =4.48 x10-5

N2 =8.42 x10-7

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Propiedades coligativas

Las propiedades de la disolución dependen de la concentración de partículas de soluto, más que de su naturaleza y se denominan propiedades coligativas:

- Descenso de la presión de vapor- Presión osmótica- Aumento del punto de ebullición- Descenso del punto de congelación

Descenso de la presión de vapor (Ley de Raoult)Descenso de la presión de vapor (Ley de Raoult)

Al añadir un soluto a un disolvente puro, se produce una disminución de la presión de vapor del disolvente. La relación entre la presión de vapor del disolvente (PA) sobre la disolución y la concentración de la solución se expresa mediante la ley de Raoult:

PA = χA P° P°= Presión de vapor del disolvente puro.χA= Fracción molar del

disolvente

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Psolvente = Xsolvente · Pºsolvente

DESCENSO DE LA PRESIÓN DE VAPOR

LEY DE RAOULT

Psolvente : es la PRESIÓN DE VAPOR

DEL SOLVENTE SOBRE LA SOLUCIÓN.

Pºsolvente : es la PRESIÓN DE VAPOR

DEL SOLVENTE PURO.

Xsolvente : es la FRACCIÓN MOL DEL

SOLVENTE PURO.

Para un soluto no volátil no electrolito:

Moléculas de solvente

Moléculas de soluto no volátil

A

B

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Uso de la ley de Raoult.Suponga que 651g de etilenglicol(HOCH2CH2OH) se disuelven en 1.5Kg de agua,¿ cual será la presión de vapor del agua sobre la solución a 90ºC?En primer lugar calculamos los moles de agua y etilenglicol:1500g/18(g/mol) =83.2 moles de agua

651g/62.07(g/mol)=10.5 moles de etilenglicol

Fracción molar de agua (X)= moles de agua/moles totales

Xagua=83.2/83.2+10.5= 0.888

A continuación aplicamos la ley de Raoult: (Pv agua pura a90ºC=525.8mmHg)Pagua = X agua x P agua pura.P agua= 0.888x525.8 mmHg = 467 mmHg

∆ P=525.8-467=59mmHgEl etilenglicol se usa como anticongelante en los automoviles

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Pbenzene = χbenzene P°benzene = (0.500)(96.1 mm Hg) = 47.6 mm Hg

Ptoluene = χtoluene P°toluene = (0.500)(28.4 mm Hg) = 14.2 mm Hg

Ptotal = Pbenzene + Ptoluene = 61.8 mm Hg

Determinación de la presión de vapor en disoluciones ideales y la composición del vapor en el equilibrio.

La presión de vapor del benceno y tolueno puro a 25ºC son 95.1 y 28.4 mm Hg, respectivamente. Se prepara una disolución donde la fracción molar para ambos es 0.5. ¿Cuáles son las presiones parciales de benceno y tolueno en la disolución? ¿Cúal es la presión de vapor total?

¿Cuál es la composición del vapor en el equilibrio en una disolución de benceno-tolueno?

χbenzene = Pbenzene/Ptotal = 47.6 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.770

χtoluene = Ptoluene/Ptotal = 14.2 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.230

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Elevación del punto de ebullición Elevación del punto de ebullición

» El punto de ebullición de una disolución de solutos no volátiles es mayor que el punto de ebullición del disolvente puro.

» Esto se debe a la disminución en la presión de vapor del disolvente sobre la solución (Ley de Raoult). Se deben alcanzar Tª más altas antes de alcanzar el equilibrio de presiones y que hierva la solución, es decir, antes de que su presión de vapor iguale la presión externa.

∆Teb= Teb-Tebo = ke molalidad

donde: Teb es el punto de ebullición de la disolución

Tebo es el punto de ebullición del disolvente

purokeb constante molal del punto de ebullición


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Aumento del punto de ebullición.Una solución preparada con 1,25 g de aceite de menta( salicilato de metilo)En 99,0g de benceno tiene un punto de ebullición de 80,31ºC. Determine la masa molar de este compuesto.( el punto de ebullición del benceno puro=80,10ºC y la keb=2.53 ºC/m).

∆Teb=k eb x m por lo tanto ∆T= 80,31-80,10= 0,21ºC

De la ecuación se despeja la molalidad m = ∆T/Keb = 0.083molal

0.083moles de soluto en 1000g de solvente. Se ocuparon solo 99,0g de solvente, por lo tanto:0.083moles/1000g x 99,0g = 0.0082 moles de soluto

Ahora se conoce la relación moles masa de soluto:1,25g de soluto equivalen a 0.0082 moles a un mol corresponde la masa MolarMasa molar o peso molecular=150g/mol

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Descenso del punto de congelaciónDescenso del punto de congelación

» El punto de congelación de una disolución es menor que el punto de congelación del disolvente puro.

» Esto es consecuencia directa de la disminución en la presión de vapor del disolvente por el soluto. El disolvente puro se separa cuando la disolución se congela.

∆Tc= Tco - Tc = kc molalidad

donde: Tc es el punto de congelación de la disolución

Tco es el punto de congelación del disolvente puro

kc constante molal del punto de congelación


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Disminución del punto de congelamiento¿qué masa de etilenglicol se deberá agregar a 5,5 kg de agua para disminuir el punto de congelamiento en 10ºC? ( Kc del agua =-1,86ºC/m) Si consideramos la ecuación:∆Tc= Kc x m , se despeja molalidad m= ∆Tc/ Kc =-10ºC/-1.86ºC/m

m=5.38 molal

como se deben preparar 5.5kg se deben acupar

5.38moles x 5.5kg= 29.6moles de etilenglicol

la masa molar del etilenglicol es 62.07g/mol por lo tanto :

29.6 moles x62.07g/mol=1840g de etilenglicol

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Diagrama de fases:

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- Líquidos anticongelantes para coches: Disolución de etilenglicol (soluto no volátil con alto punto de ebullición) en agua.

Aplicaciones:

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Evaporación y condensación

- Situación experimental:

Agua pura Disolución concentrada

Disolución diluida

Vacío

La fuerza motriz responsable del proceso es la presión de vapor de agua en los vasos.

El agua se desplaza desde la región en la que su presión de vapor o fracción molar es alta (x1 = 1 para el agua pura), a otra en la que la presión de vapor o fracción molar es baja (x1 <1 para una disolución de azúcar)

tiempo

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OSMOSIS

La ósmosis es el desplazamiento de moléculas del disolvente a través de una membrana semipermeable(tejido vegetal o celofán) desde una región de concentración de soluto más baja hacia otra de concentración más alta. Desde el punto de vista molecular la membrana simipermeable no constituye una barrera para el desplazamiento de las moléculas de agua o de cualquier disolvente simple, de modo que estas se desplazan a través de la membrana en ambos sentidos pero con velocidades distintas, alcanzando un equilibrio final de fuerzas.La presión osmótica es la presión que hay que aplicar para detener la ósmosis desde una muestra de disolvente puro.

π=MRTi

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Presión osmótica Presión osmótica

El proceso de transferencia de disolvente puro a través de una membrana semipermeable desde una disolución diluida a otra más concentrada, se llama ósmosis.

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πV = nRT

π = RTn

V = M RT

Como consecuencia de la ósmosis el nivel de agua asciende por una de las ramas de la U:

La presión osmótica (π) es la presión requerida para parar el proceso de ósmosis, y es igual a la presión externa (P).

»Si P < π, la ósmosis tiene lugar en sentido normal.

M – molaridad de la disoluciónR – Constante de los gases (0.08206 L(atm)/mol(K))T – Tª en Kelvin


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»Si P > π, las moléculas de agua atraviesan la membrana des de la disolución hacia el agua pura. Este proceso se denomina ósmosis inversa, y se utiliza para obtener agua potable a partir de agua de mar.

Agua pura Agua de mar

Presión

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Presión osmótica.La presión osmótica a 25ºC de una solución que se preparó disolviendo2,5g de sacarosa(PM=343g/mol) en suficiente agua para tener 100mL de solución, es1,79 atm. Utilice la formula de la presión osmótica para demostrar que la formula molecular de la sacarosa es igual que la fórmula empírica.

M=π/RTi M=1.79atm/0.082L.atm/molK x298Kx1M=7.32x10-2 mol/LMasa molar de la sacarosa:2.5g/100mLx1000ml/L=25.0g/LAhora conocemos tanto la masa como la concentración molar por lo tanto podemos calcular la masa molarMasa molar=25.0g/L/7.32x10-2moles/L=342g/molMasa F.E=342 por lo tanto FE=FM

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Las propiedades coligativas están referidas para sustancias tipo “no electrolito”, pero podemos determinar el efecto de la disolución de un soluto de tipo iónico introduciendo un factor de “corrección” en las distintas ecuaciones vistas anteriormente, denominado factor de Van´t Hoff (i).

Para las disoluciones acuosa de electrolitos:

∆Tf= 1,86ºC/m x molalidad x i

∆Te= 0,52ºC/m x molalidad x i

π = M x R x T x i

Donde i= nº de moles de iones por mol de electrolito.ej: i (NaCl) = 2 i (MgSO4) = 2 i (CaCl2) = 3

Propiedades coligativas de los electrolitosPropiedades coligativas de los electrolitos


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