DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS

QUÍMICA I

ING. ROSA M. DÍAZ PÉREZDOCENTE ESPE

UNIDAD 2:

PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS DISOLUCIONES

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.

SOLUCIONES O DISOLUCIONES

TIPOS DE SOLUCIONES O DISOLUCIONES

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.

Las interacciones que se producen en la formación de soluciones son de tres tipos:

• Interacción disolvente- disolvente• Interacción soluto-soluto• Interacción disolvente-soluto

TIPOS DE INTERACCIONES EN EL PROCESO DE DISOLUCIÓN

12.2DHsln = DH1 + DH2 + DH3

Disolvente

Disolución

Soluto

Etapa 1 Etapa 2

Etapa 3

“lo semejante disuelve lo semejante” Es probable que dos sustancias con fuerzas

intermoleculares similares sean solubles la una de la otra

• 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)

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

La concentración de una disolución es la cantidad de

soluto presente en una determinada cantidad de una

disolución.

12.3

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

La concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una

determinada cantidad de una disolución.

PORCENTAJE EN MASA

% en masa = x 100%masa de solutomasa de soluto + masa de disolvente

= x 100%masa de soluto

masa de disolución% en masa

Unidades de concentraciónLa concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una

determinada cantidad de una disolución.

FRACCIÓN MOLAR (x)

XA = moles de Asuma de moles de todos los componentes

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

M =moles de soluto

litros de disolución

MOLARIDAD (M)

MOLALIDAD (m)

m = moles de solutomasa de disolvente (kg)

¿Cuál es la molalidad de una disolución de 5.86 M de etanol (C2H5OH) cuya densidad es 0.927 g/mL?

m =moles de soluto

masa de disolvente (kg)

M =moles de soluto

litros de disolución

Suponga 1 L de disolución:

5.86 moles de etanol = 270 g etanol927 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

m =moles de soluto

masa de disolvente(kg)=

5.86 moles C2H5OH

0.657 kg disolvente

m = 8.92 m

TEMPERATURA Y SOLUBILIDADLa solubilidad de sólidos y la temperatura

La solubilidad disminuye al aumentar la temperatura

La solubilidad aumenta al aumentar la temperatura

CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA

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 600C2. La disolución se enfría a 00C3. Todo el NaCl permanecerá

en la disolución (s = 34.2g/100g)

4. 78 g de KNO3 PURO se precipitará (s = 12 g/100g).

90 g – 12 g = 78 g

Es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus

diferentes solubilidades.

TEMPERATURA Y SOLUBILIDADLa solubilidad de los gases y la temperatura

La solubilidad normalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura

12.4

Solu

bil id

ad

Temperatura

Presión y solubilidad de los gasesLa solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución (ley de Henry).

c = k.P

c es la concentración (M) del gas disueltoP es la presión del gas sobre la disolución

k es una constante (mol/L•atm) que sólo dependede la temperatura

baja c

baja P

alta c

alta P

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES

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.En este capítulo estudiaremos cuatro propiedades de las soluciones que contienen solutos no volátiles, que son:

• Disminución de la presión de vapor del solvente

• Aumento del punto de ebullición• Descenso del punto de congelación,

y• Presión osmótica

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES

Teóricamente es conveniente subdividir las soluciones en:

a) Soluciones de no electrolitos.- El soluto disuelto permanece en forma molecular sin carga, y no presenta tendencia a la disociación en iones con carga eléctrica. En estas soluciones se establecen ciertas leyes generales que se tratarán en seguida.

b) Soluciones de electrolitos.- El soluto se disocia en mayor o menor proporción en iones, incrementando así el número de partículas en solución. Por este motivo cambia el comportamiento de esta clase de soluciones respecto a ciertas propiedades, y se exige la modificación de las leyes simples deducidas para las soluciones de no electrolitos.

A continuación vamos a tratar las propiedades coligativas del primer grupo de soluciones.

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES DE NO ELECTRÓLITOS

Las propiedades coligativas de las soluciones no electrolíticas merecen un serio estudio porque nos proporcionan métodos valiosos

para la determinación del peso molecular de las sustancias disueltas.

Aquí nos proponemos principalmente presentar los principios básicos de estas

propiedades y sus uso para la determinación de los pesos moleculares.

DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR:

Un soluto disuelto hace descender la presión de vapor del líquido solvente en el que se encuentra.

Este descenso se comprende fácilmente, si tenemos en cuenta la ley de Raoult

Ley de Raoult

P1 = presión de vapor del disolvente sobre la solución

X1 = fracción molar del disolvente

P1 = X1 P 10

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES DE NO

ELECTRÓLITOS

0P1 = presión de vapor del disolvente puro

Debido a que X1 en una solución es siempre es menor que la unidad, P1 debe ser menor que P°1. En consecuencia, la

solución de un soluto en un solvente hace descender la presión de vapor de este último respecto a la del solvente

puro.

DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR:

Si la disolución contiene un solo soluto:

X1 = 1 – X2

P 1

0- P1 = DP = X2 . P 1

0

X2 = fracción molar del soluto

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES DE NO

ELECTRÓLITOS Cuando el soluto es no volátil no contribuye a la presión total del vapor , y por lo tanto la presión de vapor sobre la solución en este caso es debida al solvente solo y es

siempre menor que la P°1

La disminución de la presión de vapor, DP, del solvente depende tanto de la presión de vapor de este como de la

fracción molar del soluto. En otras palabras depende de la naturaleza del solvente y de

la concentración del soluto, pero no depende de la naturaleza de este último.

Calcular la presión de vapor del solvente en una solución que contiene 53,94 g de manita

(peso molecular = 182,11) por 1000 g de agua a 20°C. A esta temperatura la presión de vapor

del agua es 17,51 mmHg.53,94 g

= 1000 g = 17,51 mmHg = 1

𝑋 1=𝑛𝑠𝑙𝑣

𝑛𝑠𝑡𝑜+𝑛𝑠𝑙𝑣

𝑋 1=

1000 𝑔18𝑔 /𝑚𝑜𝑙

53,94𝑔182,11𝑔/𝑚𝑜𝑙 +

1000𝑔18 𝑔/𝑚𝑜𝑙

𝑋 1=0,995

𝑃1=0,995∗17,51𝑚𝑚𝐻𝑔1

𝑃1=17,42𝑚𝑚𝐻𝑔

Si conocemos el descenso de la presión de vapor, podemos proceder a la inversa y

calcular el peso molecular del soluto

𝑋 1=

𝑊 1

𝑃𝑀1

𝑊 2

𝑃𝑀 2+𝑊 1

𝑃𝑀1

PA = XA P A0

PB = XB P B0

PT = PA + PB

PT = XA P A0 + XB P B

0

Solución ideal

12.6

Pres

ión

benceno

benceno

benceno tolueno

Para soluciones ideales de dos líquidos miscibles

tolueno

PT es mayor que la presiónque predice la ley de Raoult

PT es menor que la presiónque predice la ley de Raoult

FuerzaA-B

FuerzaA-A

FuerzaB-B< y Fuerza

A-BFuerza A-A

Fuerza B-B> y

Pres

ión

Pres

ión

APARATO DE DESTILACIÓN FRACCIONADATermómetro

Columna de fraccionamiento

Agua Agu

a

Refrigerante

Adaptador

Matraz receptor

Matraz de destilación

Parrilla

ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

Las soluciones que contienen solutos no volátiles hierven a temperaturas más elevadas que las del

solvente puro.

La diferencia entre los puntos de ebullición de la solución y del solvente para una presión

constante establecida, se conoce como elevación del punto de ebullición, el mismo que depende de la naturaleza del solvente y la concentración del soluto, pero es independiente, por lo menos en

soluciones diluidas, de la naturaleza del soluto en tanto este no se ionice.

ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

DTb = Tb – T b0

Tb > T b0

DTb > 0

T b es el punto de ebullición del disolvente puro

0

T b es el punto de ebullición de la disolución

DTb = Kb m

m es la molalidad de la disolución

Kb es la constante molal de la elevación del punto de ebullición

(0C/m) 12.6

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN

DTf = T f – Tf0

T f > Tf0

DTf > 0

T f es el punto de congelación del disolvente puro

0

T f es el punto de congelación de la disolución

DTf = Kf m

m es la molalidad de la disoluciónKf es la constante molal de la disminución del punto de congelación (0C/m)

Líquido

Vapor

Pres

ión

Sólido

TemperaturaPuntode congelación de la disolución

Puntode congelación del agua

Puntode ebullición del agua

Puntode ebullición de la disolución

¿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.

DTf = Kf m

m = moles de solutomasa del disolvente (kg)

= 3.202 kg disolvente

478 g x 1 mol62.01 g

Kf agua = 1.86 0C/m

DTf = Kf m= 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C

DTf = T f – Tf0

Tf = T f – DTf0 = 0.00 0C – 4.48 0C = -4.48 0C

m = 2.41 m

PRESIÓN OSMÓTICA (P)La ósmosis es el paso selectivo de moléculas disolventes a

través de una membrana porosa desde una disolución diluida a una más concentrada.

Una membrana semipermeable permite el paso de moléculas del disolvente pero impide el paso de moléculas del soluto.

Presión osmótica (p) es la presión requerida para detener la ósmosis

12.6

diluido másconcentrado

Presión osmóticaMembrana

semipermeable

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.

Disminución de la presión de vapor

P1 = X1 P 10

Elevación del punto de ebullición

DTb = Kb m

Disminución del punto de congelación

DTf = Kf m

Presión osmótica (p) p = MRT