Tema 8: Disoluciones y sus propiedades - ugr.es

Química Curso 2009-10

Tema 8: Disoluciones y sus propiedades Francisco G. Calvo-Flores

Contenidos 8-1 8-2 8-3 8-4 8-5 86 8-6 8-7

Disoluciones y tipos Unidades de concentración Disoluciones ideales y no ideales Formación de disoluciones: equilibrio y curvas de solubilidad Solubilidad de Gases Presión de vapor Propiedades coligativas

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Tema 8: Disoluciones

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Contenidos 8-8 8-9

Disoluciones de electrolitos Coloides

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Concepto • Disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea a nivel molecular de una o más homogénea, especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites

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Terminología Disoluciones son mezclasare homogéneas – Propiedades uniformes en todo el sistema.

• Disolvente – Componente mayoritario – Determina el estado de la disolución (sólido. líquido o gas).

• Soluto. – Componente/es minoritario/s.

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Table 14.1 Some Common Solutions

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Tipos de disoluciones Disoluciones saturadas

Disoluciones insaturadas Admiten más soluto Di l i Disoluciones supersaturadas

Disoluciones saturadas

Si se añade cristales estos crecen

No admiten más soluto F. G. Calvo-Flores


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Disoluciones supersaturadas

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Unidades de concentración nA

•

Fracción molar

XA = nA + nB + nC

•

% en masa (peso)

+ +........

Masa de soluto % en masa =

x 100 Masa de solución

•

moles de soluto

Molaridad

M= Litros de disolución

•

moles de soluto

M l lid d Molalidad

m= Kg de disolvente

•

equivalentes de soluto

Normalidad

N= Litros de disolución

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Unidades de concentración

partes por Mil

=

g/1000 ml =g/L

ppm (partes por Millón)

=

10-3 g/1000 ml = mg/L

ppb (partes por Billón)

=

10-6 g/1000 ml = µg/L

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Disoluciones ideales • No existen interacciones intermoleculares entre las moléculas que las componen • Las moléculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variación de la estructura espacial de la disolución ni de la energía de las interacciones intermoleculares presentes en la misma. • Las disoluciones diluídas se comportan como disoluciones ideales F. G. Calvo-Flores



Disoluciones no ideales • Las fuerzas intermoleculares no son despreciables ΔHsoln < 0

ΔHsoln > 0

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Disoluciones acuosas de compuestos iónicos

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Energía de hidratación NaCl(s) → Na+(g) + Cl-(g)

ΔHred > 0

Na+(g) + xs H2O(l) → Na+(aq)

ΔHhidratación< 0

Cl-(g) + xs H2O(l) → Cl-(aq)

ΔHhidratación< 0

ΔHsoln > 0 aunque ΔGsolution < 0

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Equilibrios de disolución

saturada

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Curvas de solubilidad Supersaturated

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Unsaturated



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Curvas de solubilidad

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Solubilidad de gases • La mayoría de los gases son menos solubles en agua conforme aumenta la temperatura • En sisolventes orgánicos suele ser al contrario

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Curvas de solubilidad de gases

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Ley de Henry • La solubilidad de los gases aumenta con la presión k=

C Pgas

Pgas =

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C k

=

=

23.54 mL

C = k Pgas = 23.54 ml N2/atm

1.00 atm 100 mL

= 4.25 atm

23.54 ml N2/atm



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Ley de Henry

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Ley de Henry • En grasas y en lípidos para el estudio de respiración j buceo, cuando la ppresión pparcial no es la normal: Ej. montañismo, acción de gases en anestesia. • En estudios medioambientales. Ejemplo: La menor concentración de O2 que puede soportar la vida acuática es 0.13 mM. La PO2 es 0.21 atm al nivel del mar, es posible mantener la vida acuática? S = kH P = 1.3 .3 at atm-1 mM 0. 0.21 at atm = 0. 0.277 mM 0.27 mM>0.13 mM Mantiene la vida

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Presión de vapor • presión que ejerce el vapor en equilibrio con el líquido o el sólido que lo origina a determinada temperatura.

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Presión de vapor: Ley de Roult • Los solutos disueltos disminuyen la presión de vapor de disolvente – La presión parcial ejercida por el vapor de un disolvente en una disolución ideal depende de la fracción molar de dicho componente ne la disolución a una determinada temperatura

PA = χA P° A

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Disoluciones ideales y no ideales • Disoluciones ideales: Todos los componentes cumplen la Ley de Raoult en todo el rango de fracciones molares. • Disoluciones reales a concentraciones bajas: La presión de vapor del soluto es proporcional a su fracción molar, y la constante de proporcionalidad es KB ((constante empírica p con dimensiones de presión) PB = KB χB F. G. Calvo-Flores



Disoluciones ideales y no ideales

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Equilibrio Liquido-Vapor

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Destilación fraccionada

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Destilación fraccionada

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Comportamiento no-ideal

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Propidades coligativas • Propiedades que dependen únicamente de la cantidad(concentración) de soluto añadida (moles o moléculasde soluto), pero no de su naturaleza (de qué soluto sea). 1. Presión osmótica 2. Disminución de la presión de vapor 3 Aumento de la temperatura de ebullición 3. 4. Descenso de la temperatura de fusión/congelación F. G. Calvo-Flores



Presión osmótica

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Presión osmóticoa Expresión para electrolitos diluídos:

πV = nRT π=

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n RT = M RT V



Presión osmótica Hipertonica > 0.92% m/V c Isotonica 0.92% m/V

Hipotonica < 0.92% m/V

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Osmosis reversa - Desalinización

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Disminución de la presión de vapor

ΔTf = -Kf · m

ΔTb = -Kb · m

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Disminución del punto de congelación • Descenso crioscópico en no electrolitos – ΔTf = Kf · m • m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/kg). • ΔTf es el descenso del punto de congelación y es igual a T - Tf donde T es el punto de congelación de la solución y Tf es el punto de congelación del disolvente puro. • Kf es una constante de congelación del disolvente. Su valor, cuando el disolvente es agua es 1,86 ºC kg/mol

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Aumento del punto de ebullición • Aumento ebulloscópico en no electrolitos – ΔTb = Kb · m – m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/kg). – ΔTb es el aumento del punto de ebullición y es igual a T - Tb donde T es el punto de ebullición de la solución y Tb el del disolvente puro. – Kb es una constante de ebullición del disolvente. Su valor cuando ell solvente l t es agua es 0,52 0 52 ºC kg/mo k /

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Aplicaciones prácticas

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Disoluciones de electrolitos • Svante Arrhenius – Premio Nobel 1903. – Se foman iones cuando se disuelven los electrolitos – Explica las anomalías observadas en la propiedades coligativas Comparación de una solución 0.0100 m de urea y 0.0100 m NaCl (aq) en agua ΔTf = -K Kf · m = -1.86 1 86°C C m-1 · 0.0100 0 0100 m = -0.0186 0 0186°C C Disminución del punto de congelación NaCl -0.0361°C.

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Factor i de van’t Hoff i=

medida ΔTf E Esperada d ΔTf

=

0.0361°C 0.0186°C

= 1.98

π = -i · M · RT ΔTf = -i · Kf · m ΔTb = -i · Kb · m

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Coloides

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Coloides

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Coloides • Particulas de tamaño entre 1 y 1000 nm – Nanoparticulas con varias formas: esferas, discos, – Las particula permanecen en suspensión indefinidamente – La fuerza iónica produce precipitación i i ió (floculación) (fl l ió )

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Terminología • Fase dispersa : las ll llamadas d micelas. i l • Fase dispersante : en las que están dispersas las partículas coloidales.

Medio de dispersión

Líquido Sólido

Gas

Líquido

Sólido

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Fase dispersa

Gas Líquido Sólido

Gas Líquido Sólido


Nombre

Ejemplos

Aerosol líquido Aerosol sólido

Espuma Emulsión

Espuma sólida Emulsión sólida Sol sólido

Niebla, nubes, polvo, humo. Espumas (de jabón, cerveza, etc.) Nata batida. Leche, mahonesa. Pinturas, tinta china goma china, arábiga, jaleas Piedra pómez. Mantequilla, queso. Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas


Floculación

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Dialisis

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