Propiedades físicas de las disoluciones
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Este documento describe varias propiedades físicas de las disoluciones. Explica que una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias donde el soluto está presente en menor cantidad que el disolvente. También define disoluciones saturadas, no saturadas y sobresaturadas. Además, cubre temas como unidades de concentración, efecto de la temperatura en la solubilidad, y propiedades coligativas como la disminución de la presión de vapor y elevación del punto de ebullición.
Propiedades físicas de las disoluciones
- 1. Propiedades físicas de las disoluciones Capítulo 12 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
- 2. Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. El soluto son la o las sustancias presentes en cantidades más pequeñas. El disolvente es una sustancia presente en cantidad más grande. 12.1
- 3. Una disolución saturada contiene la máxima cantidad de un soluto que se disolverá en un disolvente en particular, a una temperatura específica. Una disolución no saturada contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver. Una disolución sobresaturada contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada. En una disolución sobresaturada de acetato de sodio, al agregar un pequeño cristal como semilla se forman rápidamente cristales de acetato de sodio. 12.1
- 4. Tres tipos de interacciones en el proceso de disolución: • interacción disolvente-disolvente • interacción soluto-soluto • interacción disolvente-soluto Etapa 1 Etapa 2 Disolvent Soluto e Etapa 3 Disolución ∆Hsoln = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 12.2
- 5. “lo semejante disuelve lo semejante” Es probable que dos sustancias con fuerzas intermoleculares similares sean solubles en cada una de las otras. • moléculas no polares son solubles en los disolventes no polares CCl4 en C6H6 • moléculas polares son solubles en disolventes polares C2H5OH en H2O • los compuestos iónicos son más solubles en los disolventes polares NaCl en H2O o NH3 (l) 12.2
- 6. Unidades de concentración La concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de una disolución. Porcentaje en masa masa de soluto % en masa = x 100% masa de soluto + masa de disolvente masa de soluto x 100% = masa de disolución Fracción molar (X) moles de A XA = suma de moles de todos los componentes 12.3
- 7. Unidades de concentración (continuación) Molaridad (M) moles de soluto M = litros de disolución Molalidad (m) moles de soluto m = Masa de disolvente (kg) 12.3
- 8. ¿Cuál es la molalidad de una disolución de 5.86 M de etanol (C2H5OH) cuya densidad es 0.927 g/mL? moles de soluto moles de soluto m = M = masa de disolvente (kg) litros de disolución Suponga 1 L de disolución: 5.86 moles de etanol = 270 g etanol 927 g de disolución (1000 mL x 0.927 g/mL) masa de disolvente = masa de disolución – masa de soluto = 927 g – 270 g = 657 g = 0.657 kg moles de soluto 5.86 moles C2H5OH m = = = 8.92 m masa de disolvente(kg) 0.657 kg disolvente 12.3
- 9. Temperatura y solubilidad La solubilidad de sólidos y la temperatura Generalmente La solubilidad aumenta al aumentar la temperatura Ejemplo: Café con azucar 12.4
- 10. Cristalización fraccionada es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades. Suponga que se tiene 90 g de KNO3 contaminada con 10 g NaCl. Cristalización fraccionada: 1. Disuelva la muestra en 100 mL de agua a 600C 2. La disolución se enfría a 00C 3. Todo el NaCl permanecerá en la Solubilidad disolución (s = 34.2g/100g) 4. 78 g de KNO3 PURO se precipitará (s = 12 g/100g). 90 g – 12 g = 78 g Temperatura (°C) 12.4
- 11. Temperatura y solubilidad La solubilidad de los gases y la temperatura La solubilidad Solubilidad normalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura Temperatura 12.4
- 12. Presión y solubilidad de los gases La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución (ley de Henry). c es la concentración (M) del gas disuelto c = kP P es la presión del gas sobre la disolución k es una constante (mol/L•atm) que sólo depende de la temperatura bajo P alto P bajo c alto c 12.5
- 13. Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrólitos Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto. Disminución de la presión de vapor 0 P1 = X1 P 1 0 P 1 = presión de vapor del disolvente puro Ley de Raoult X1 = fracción molar del disolvente Si la disolución contiene solo un soluto: X1 = 1 – X2 P 1 - P1 = ∆P = X2 P 1 0 0 X2 = fracción molar del soluto 12.6
- 14. benceno tolueno 0 PA = XA P A Solución ideal 0 PB = XB P B PT = PA + PB benceno PT = XA P A + XB P 0 0 Presión B benceno 12.6
- 15. PT es mayor que la presión PT es menor que la presión que predice la ley de Raoult que predice la ley de Raoult Presión Presión Fuerza Fuerza Fuerza Fuerza Fuerza Fuerza A-B < A-A y B-B A-B > A-A y B-B 12.6
- 16. Aparato de destilación fraccionada Termómetro Refrigerante Adaptador Agua Columna de fraccionamiento Agua Matraz receptor Matraz de destilación Parrilla 12.6
- 17. Elevación del punto de ebullición 0 ∆Tb = Tb – T b T b0 es el punto de ebullición del disolvente puro Líquido T b es el punto de ebullición Presión de la disolución 0 Sólido Tb > T b ∆Tb > 0 Vapor ∆Tb = Kb m Temperatura Punto Punto Punto Punto m es la molalidad de la disolució de de de de ebullición congelación congelaciónebullición Kb es la constante molal de de la de la solución del agua del agua disolución la elevación del punto de ebullición (0C/m) 12.6
- 18. Disminución del punto de congelación ∆Tf = T 0 – Tf f 0 T fes el punto de congelación del disolvente puro T f es el punto de congelación Líquido Presión de la disolución Sólido T 0 > Tf f ∆Tf > 0 Vapor ∆Tf = Kf m Temperatura Punto Punto Punto Punto de m es la molalidad de la disolución congelación de de de congelación ebullición Kf es la constante molal de la de la ebullición disolución del agua del agua de la disminución del punto de disolución congelación (0C/m) 12.6
- 19. 12.6
- 20. ¿Cuál es el punto de congelación de una disolución que contiene 478 g de etilenglicol (anticongelante) en 3202 g de agua? La masa molar de etilenglicol es 62.01 g. ∆Tf = Kf m Kf agua = 1.86 0C/m 1 mol 478 g x moles de soluto 62.01 g m = = = 2.41 m masa del disolvente (kg) 3.202 kg disolvente ∆Tf = Kf m = 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C ∆Tf = T 0 – Tf f Tf = T 0 – ∆Tf = 0.00 0C – 4.48 0C = -4.48 0C f 12.6
- 21. Presión osmótica (π) La ósmosis es el paso selectivo de moléculas disolventes a través de una membrana porosa de una disolución diluida a una más concentrada. Una membrana del semipermeable permite el paso de moléculas del disolvente pero impide el paso de moléculas del soluto. Presión osmótica (π ) es la presión requerida para detener la ósmosis Membrana Presión semipermeable osmótica más diluir concentrado 12.6
- 22. Presión osmótica (π) Transferencia neta del disolvente Alto Bajo P P π = MRT M es la molalidad de la disolución R es la constante de gas T es la temperatura (en K) 12.6
- 23. Una célula en: Moléculas de agua Moléculas de soluto disolución disolución disolución isotónica hipotónica hipertónica 12.6
- 24. Propiedades coligativas de disoluciones de no electrólitos Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no en la naturaleza de las partículas del soluto. 0 Disminución de la presión P1 = X1 P 1 de vapor Elevación del punto ∆Tb = Kb m de ebullición Disminución del punto ∆Tf = Kf m de congelación Presión osmótica (π) π = MRT 12.6
- 25. Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos 0.1 m NaCl disolución 0.1 m Na+ ions & 0.1 m Cl- ions Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no en la naturaleza de las partículas del soluto. 0.1 m NaCl disolución 0.2 m iones en disolución número real de partículas en la disolución después de la disociac factor van’t Hoff (i) = número de unidades fórmula disueltas inicialmente en la disoluc i debe ser no electrólitos 1 NaCl 2 CaCl2 3 12.6
- 26. Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos Elevación del punto ∆Tb = i Kb m de ebullición Disminución del punto ∆Tf = i Kf m de congelación Presión osmótica (π) π = iMRT 12.7
- 27. Un coloide es una dispersión de partículas de una sustancia entre un medio dispersor, formado por otra sustancia. Coloide contra disolución • las partículas coloidales son mucho más grandes que las moléculas de soluto • Una suspensión coloidal no es tan homogénea como una disolución 12.8
- 28. Acción limpiadora del jabón Grasa Estearato de sodio Cabeza hidrofóbica Cuerpo hidrofóbico 12.8