disoluciones

13Propiedades de las disoluciones

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Disoluciones Disoluciones

• Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias puras.

• En una disolución, el soluto se dispersa de forma uniforme en todo el disolvente.


Disoluciones Disoluciones

Las fuerzas intermoleculares entre el soluto y las partículas del disolvente deben ser lo suficientemente intensas como para competir con aquellas entre las partículas del soluto y las que hay entre las partículas del disolvente.


Disoluciones ¿Cómo se forma una disolución?

A medida que se forma una disolución el disolvente separa las partículas de soluto y las rodea o solvata.


Disoluciones ¿Cómo se forma una disolución?

Si una sal iónica es soluble en agua, se debe a que las interacciones ión-dipolo son lo suficientemente intensas para superar la energía de red del cristal salino.


DisolucionesCambios de energía en

disoluciones

• Tres procesos afectan los aspectos energéticos de la disolución:– La separación de las

partículas del soluto.– La separación de las

partículas del disolvente.

– Nuevas interacciones entre el soluto y el disolvente.


DisolucionesCambios de energía en

disoluciones

El cambio de entalpía del proceso general depende del ∆H para cada una de estas etapas.

ΔHdisol = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

Proceso endotérmico

Proceso endotérmico


Disoluciones¿Por qué suceden los

procesos endotérmicos?

Las cosas no tienden a suceder espontáneamente (es decir, sin intervención externa) a menos que se disminuya la energía del sistema.

ΔHdisol > 0 exotérmicaInteracción soluto-disolvente débil


Disoluciones¿Por qué suceden los

procesos endotérmicos?

Sin embargo, sabemos que en algunos procesos, como la disolución de NH4NO3 en agua, se absorbe calor, no se libera.


DisolucionesLa entalpía es sólo una parte

del cuadro

La razón es que el aumento del desorden o aleatoriedad (conocido como entropía) de un sistema tiende a disminuir la energía del sistema.


DisolucionesLa entalpía es sólo una parte

del cuadro

Así que aunque la entalpía puede incrementarse, la energía total del sistema puede disminuir si el sistema se vuelve más desordenado.


Disoluciones Alumno, ¡cuidado!

Debido a que una sustancia desaparece cuando llega a estar en contacto con un disolvente, no significa que la sustancia se disolvió.


Disoluciones Alumno, ¡cuidado!

• La disolución es un cambio físico —puede recuperarse el soluto original evaporando el disolvente.

• De no ser así, la sustancia no se disolvió, reaccionó.


Disoluciones Tipos de disoluciones

• Saturadas– En una disolución

saturada, el disolvente contiene la mayor cantidad de soluto posible a esa temperatura.

– El soluto disuelto está en equilibrio dinámico con las partículas del soluto sólidas.



• Insaturadas– Si la disolución es

insaturada, menos soluto del que puede disolverse a esa temperatura se dispersa en el disolvente.



• Sobresaturada– En las disoluciones sobresaturadas, el disolvente

contiene más cantidad de soluto de lo que es generalmente posible a esa temperatura.

– Estas disoluciones son inestables; la cristalización generalmente se estimula adicionando “cristal semilla” o raspando el lado del vaso de precipitado.


DisolucionesFactores que afectan

la solubilidad• Los químicos utilizan el axioma “semejante disuelve a

semejante” para decir que:– Las sustancias polares tienden a disolverse en disolventes

polares.

– Las sustancias no polares tienden a disolverse en disolventes no polares.



la solubilidad

Mientras más similares sean las atracciones intermoleculares, más probable es que una sustancia sea soluble en otra.



la solubilidad

La glucosa (la cual tiene puentes de hidrógeno) es muy soluble en agua, mientras que el ciclohexano (el cual sólo tiene fuerzas de dispersión) no lo es.



la solubilidad

• La vitamina A es soluble en compuestos no polares (como grasas).

• La vitamina C es soluble en agua.


Disoluciones Gases en una disolución

• En general, la solubilidad de los gases en agua aumenta con el incremento de masa.

• Las moléculas más grandes tienen fuerzas de dispersión más intensas.


Disoluciones Gases en una disolución

• La solubilidad de líquidos y sólidos no cambia apreciablemente con la presión.

• La solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a su presión.


Disoluciones LEY DE HENRY

La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución:

c = kP

c= M gas disuelto

P= presión (atm) del gas sobre la disolución

k= constante de Henry (depende de temperatura)

(mol/l – atm)


Disoluciones EJERCICIO

Calcular la concentración molar del oxígeno en agua a 25 oC para una presión parcial de 0,22 atm. La constante de la ley de Henry para el oxígeno es de 1,3 x 10 -3 mol/l-atm.

c = kP

c = 2,86 x 10 -4 mol/l

c = 2,86 x 10 -4 M


Disoluciones Ley de Henry

Sg = kPg

Donde:

• Sg es la solubilidad del gas.

• k es la constante de la ley de Henry para ese gas en ese disolvente.

• Pg es la presión parcial del gas sobre el líquido.



La solubilidad del nitrógeno gaseoso en agua a 25 oC y 1 atm es de 6,8 x 10 -4 mol/l. ¿Cuál es la concentración (M) del nitrógeno disuelto en agua bajo condiciones atmosféricas? La presión parcial del nitrógeno gaseoso en la atmósfera es de 0,78 atm.

Sg = kPg k= (6,8 x 10 -4 mol/l)/1atm

k = 6,8 x 10 -4 mol/l. atm c = kP

C. Atmosféricas: P = 0,78 atm

c= 6,8 x 10 -4 mol/l. atm x 0,78 atm = 5,3 x 10-4 M


Disoluciones Temperatura

Por lo general, la solubilidad de los solutos sólidos en disolventes líquidos aumenta con el incremento de temperatura.


Disoluciones Temperatura

• Lo opuesto es verdadero para los gases:– Las bebidas suaves

carbonatadas son más “burbujeantes” si se almacenan en el refrigerador.

– Los lagos cálidos tienen menos O2 disuelto en ellos que los lagos fríos.

Formas de expresar las concentraciones de las disoluciones


Disoluciones Porcentaje de masa

% demasa

=

de A

masa de A en la disoluciónmasa total de la disolución

× 100


DisolucionesPartes por millón y partes por billón

ppm =masa de A en la disoluciónmasa total de la disolución

× 106

Partes por millón (ppm)

Partes por billón (ppb)

× 109masa de A en la disoluciónmasa total de la disoluciónppb =


Disoluciones

moles de Atotal de moles en la disolución

XA =

Fracción molar (X)

• En algunas aplicaciones se necesita la fracción molar del disolvente, no del soluto. – ¡Asegúrese de encontrar la cantidad que

necesite!


Disoluciones

mol de solutoL de disolución

M =

Molaridad (M)

• Recordará esta medida de concentración del capítulo 4.

• Dado que el volumen depende de la temperatura, la molaridad puede cambiar con la temperatura.


Disoluciones

mol de solutokg de disolvente

m =

Molalidad (m)

Dado que los moles y la masa no cambian con la temperatura, la molalidad(a diferencia de la molaridad) no depende de la temperatura.


Disoluciones Cambio de molaridad a molalidad

Si se conoce la densidad de la disolución, puede calcularse la molalidad a partir de la molaridad y viceversa.


Disoluciones Propiedades coligativas

• Los cambios en las propiedades coligativas sólo dependen del número de partículas del soluto presentes, no de la identidad de las partículas del soluto.

• Entre las propiedades coligativas están:– Disminución de la presión de vapor. – Elevación del punto de ebullición.– Disminución del punto de fusión.– Presión osmótica.


Disoluciones Presión de vapor

Debido a la atracción intermolecular soluto-disolvente, las concentraciones más altas de solutos no volátiles dificultan que el disolvente escape a su fase de vapor.


Disoluciones Presión de vapor

Por lo tanto, la presión de vapor de una disolución es menor que la del disolvente puro.


Disoluciones Ley de Raoult

La presión parcial de un disolvente en una disolución, P1 está dada por la presión de vapor del disolvente puro P°1 multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución X1

P1 = X1P°1

donde:– X1 es la fracción molar del disolvente en disolución

– P°1 es la presión de vapor normal del disolvente puro a esa temperatura.

– P1 presión parcial de un disolvente en una disolución


Disoluciones Ley de Raoult

Para disoluciones que contengan un sólo soluto,

X1 = (1 – X2)

X2 = Fracción molar del soluto

Por lo tanto:

PA = XAP°A

P1 = (1 – X2 )P°1

P°1 – P1 = ΔP = X2 P°1

La disminución de presión de vapor (ΔP), es directamente proporcional a la concentración del soluto (X)



Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 218 g de glucosa (C6H12O6) en 460 ml de agua a 30 oC ¿Cuál es la disminución en la presión de vapor? Presión de vapor del agua a 30 oC es 31,82 mmHg. D agua es 1,0 g/ml

P1 = X1P°1

Xagua =0,955

P°1 = 31,82 mm Hg

R = 30,4 mm Hg ∆ = (31,82 – 30,4)mmHg = 1,4 mmHg



Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 82,4 g de úrea (MM = 60 g/mol) en 212 ml de agua a 35 oC ¿Cuál es la disminución en la presión de vapor? Presión de vapor del agua a 35 oC es 42,18 mmHg. D agua es 1,0 g/ml

P1 = X1P°1


DisolucionesElevación del punto de ebullición y

disminución del punto de congelación

Las interacciones soluto no volátil-disolvente también ocasionan que las disoluciones tengan puntos de ebullición más altos y puntos de congelación más bajos que el disolvente puro.


Disoluciones Elevación del punto de ebullición

• El cambio en el punto de ebullición es proporcional a la molalidad de la disolución:

∆Tb = Kb m

donde Kb es la constante de la elevación del punto de ebullición molal, una propiedad del disolvente.

∆Tb se adiciona al punto de ebullición normal del disolvente.


Disoluciones Elevación del punto de ebullición

• El cambio en el punto de congelación puede determinarse de forma similar:

∆Tf = Kf m

• Aquí Kf es la constante de la disminución del punto de congelación molal del disolvente.

∆Tf se sustrae del punto de ebullición normal del disolvente.


Disoluciones

∆Tb = Kb m

∆Tf = Kf m

Elevación del punto de ebullición y disminución del punto de congelación

Observe que en ambas ecuaciones, ∆T no depende de cuál sea el soluto, sólo de cuántas partículas se disuelven.


DisolucionesPropiedades coligativas

de los electrolitos

Dado que estas propiedades dependen del número de partículas disueltas, las disoluciones de electrolitos (los cuales se disocian en la disolución) debieran de mostrar cambios mayores que las de no electrolitos.


DisolucionesPropiedades coligativas

de los electrolitos

Sin embargo, una disolución 1M de NaCl no mostrará el doble del cambio en el punto de congelación a diferencia de lo que lo hace una disolución 1M de metanol.


Disoluciones Factor de van’t Hoff

Un mol de NaCl en agua realmente no da origen a dos moles de iones.



Algo del Na+ y del Cl– se reasocia por un corto periodo de tiempo, por lo que la verdadera concentración de partículas es un poco menor al doble de la concentración del NaCl.



• La reasociación es más probable a concentraciones mayores.

• Por lo tanto, el número de partículas presentes es dependiente de la concentración.



• Se modifican las ecuaciones anteriores multiplicándolas por el factor de van’t Hoff, i.

∆Tf = Kf m i


Disoluciones Ósmosis

• Algunas sustancias forman membranas semipermeables que permiten que algunas partículas pequeñas las atraviesen, pero bloquean partículas más grandes.

• En los sistemas biológicos, la mayoría de las membranas semipermeables permiten que el agua las atraviese, pero no permiten que lo hagan los solutos.


Disoluciones Ósmosis

En la ósmosis existe movimiento neto del disolvente del área de concentración del disolvente más alta (concentración del soluto más baja) a la de concentración del disolvente más baja (concentración del soluto más alta).


Disoluciones Presión osmótica

La presión requerida para detener la ósmosis, conocida como presión osmótica, π, es:

nV

π = ( )RT = MRT

donde M es la molaridad de la disolución.

Si la presión osmótica es la misma en ambos lados de una membrana (es decir, las concentraciones son iguales), las disoluciones son isotónicas.


Disoluciones EJERCICIOLa presión osmótica promedio del agua de mar, es aproximadamente de 30 atm a 25 °C. Calcule la concentración molar de una disolución acuosa de sacarosa (C12H22O11) que es isotónica con el agua de mar :

nV

π = ( )RT = MRT

R = 1,23 M

¿Cuál es la presión osmótica (atm) de una disolución de úrea 0,884M a 16 °C.CO(NH2)2


Disoluciones Ósmosis en células sanguíneas

• Si la concentración del soluto fuera de la célula es mayor que la de adentro de la célula, la solución es hipertónica.

• El agua fluirá hacia fuera de la célula y sucederá crenación.


Disoluciones Ósmosis en células

• Si la concentración del soluto fuera de la célula es menor que la de adentro de la célula, la solución es hipotónica.

• El agua fluirá hacia dentro de la célula y sucederá hemólisis.


Disoluciones Coloides

A las suspensiones de partículas mayores a las de iones o moléculas individuales, pero demasiado pequeñas como para sedimentarse por gravedad, se les llama coloides.


Disoluciones Efecto Tyndall

• Las suspensiones coloidales pueden dispersar rayos de luz.

• A este fenómeno se le conoce como efecto Tyndall.


Disoluciones Coloides en sistemas biológicos

Algunas moléculas tienen un extremo polar hidrofílico (afín con el agua) y un extremo no polar hidrofóbico (sin afinidad con el agua) .



El estearato de sodio es un ejemplo de esa molécula.



Estas moléculas pueden auxiliar en la emulsificación de grasas y aceites en disoluciones acuosas.

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