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    DISOLUCIN Y SOLUBILIDAD

    1. Introduccin

    Se estudia la solubilidad de ciertos compuestos entre otras

    cosas, con el fin de establecer su nivel de solubilidad en

    un sistema con un solvente o tal vez dos, si fuera as,

    ambos solventes deben ser insolubles entre s, pero deben

    de solubilizar al soluto.

    En 1391 se formula la ley del reparto, dada por Nerst, esta

    ley se ha aplicado al estudio de problemas a nivel terico

    y prctico, como el proceso de e!traccin, el de anlisis y

    determinacin de las constantes de e"uilibrio, las cuales

    dependen de la temperatura dada.

    #oniendo de e$emplo a la e!traccin, este procedimiento se

    utiliza a nivel de laboratorio e industrial. En el primero

    se utiliza para remover una sustancia de un l"uido o de un

    slido mediante la utilizacin de un solvente or%nico como

    eter, cloroformo, benceno, tetracloruro de carbono o en

    a%ua.& nivel industrial se aplica en la remocin de elementos no

    deseables en el producto final, pero para esto se necesita

    saber la cantidad de solvente a utilizar y el n'mero de

    veces "ue se a de efectuar el ciclo de la e!traccin, ya

    "ue no se debe desperdiciar reactivos ni ener%a.

    1.2 Soluciones y solubilidad

    (uando se empiezan a combinar materiales distintos, como al

    a%re%ar elementos de aleacin a un metal, se producen

    soluciones. Estas pueden ser tanto l"uidas como slidas.

    El inter)s es determinar la cantidad de cada material "ue

    se puede combinar sin producir una fase adicional. En otras

    palabras, la atencin se enfocar en la solubilidad de un

    material en otro.

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    !l "en#eno de la disolucin

    (uando un terrn de az'car se introduce en un vaso lleno de

    a%ua, al cabo de un tiempo parece, a primera vista, "ue se

    ha desvanecido sin de$ar rastro de su presencia en el

    l"uido. Esta aparente desaparicin parece indicar "ue el

    fenmeno de la disolucin se produce a nivel molecular.

    *a disolucin de un slido supone la ruptura de los enlaces

    de la red cristalina y la consi%uiente dis%re%acin de sus

    componentes en el seno del l"uido. #ara "ue esto sea

    posible es necesario "ue se produzca una interaccin de las

    mol)culas del disolvente con las del soluto, "ue recibe el

    nombre %en)rico de solvatacin. (uando una sustancia slida

    se sumer%e en un disolvente apropiado, las mol)culas +o

    iones situadas en la superficie del slido son rodeadas

    por las del disolvente- este proceso lleva consi%o la

    liberacin de una cierta cantidad de ener%a "ue se cede en

    parte a la red cristalina y permite a al%unas de sus

    partculas componentes desprenderse de ella e incorporarse

    a la disolucin. *a repeticin de este proceso produce, alcabo de un cierto tiempo, la disolucin completa del

    slido. En al%unos casos, la ener%a liberada en el proceso

    de solvatacin no es suficiente como para romper los

    enlaces en el cristal y, adems, intercalar sus mol)culas

    +o iones entre las del disolvente, en contra de las

    fuerzas moleculares de )ste.

    #ara "ue la ener%a de solvatacin tome un valor

    considerable es necesario "ue las interacciones entre las

    mol)culas del soluto y entre las del disolvente sean de la

    misma naturaleza. Slo as el fenmeno de la solvatacin es

    lo suficientemente importante como para dar lu%ar por s

    solo a la disolucin del cristal. Ello e!plica el vie$o

    aforismo de "ue lo seme$ante disuelve a lo seme$ante/. *os

    disolventes apolares como el a%ua son apropiados para

    solutos polares como los slidos inicos o los slidos

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    formados por mol)culas con una cierta polaridad el)ctrica.

    #or su parte, los disolventes apolares, como el benceno

    +(00, disuelven las sustancias apolares como las %rasas.

    2unto con los factores de tipo energtico, como los

    considerados hasta ahora, "ue llevan a un sistema

    slidol"uido a alcanzar un estado de menor ener%a

    potencial, otros factores determinan el "ue la disolucin

    se produzca o no de forma espontnea. Esta afirmacin est

    respaldada por dos tipos de fenmenos4 en primer lu%ar la

    e!istencia de procesos de disolucin "ue implican una

    absorcin moderada de ener%a del medio, lo cual indica "ue

    el sistema evoluciona hacia estados de mayor ener%a

    interna- en se%undo lu%ar sustancias apolares como el

    tetracloruro de carbono +((l5, aun"ue poco, se lle%an a

    disolver en disolventes polares como el a%ua.

    *os procesos fsico6"umicos estn influidos, adems, por

    el factor desorden, de modo "ue tienden a evolucionar en el

    sentido en el "ue )ste aumenta. *a disolucin, sea de

    slido en l"uido, sea de l"uido en l"uido, aumenta eldesorden molecular y por ello est favorecida.

    (ontrariamente, la de %ases en l"uidos, est dificultada

    por el aumento del orden "ue conllevan. 7el balance final

    entre los efectos de ambos factores, el de ener%a y el de

    desorden, depende el "ue la disolucin sea o no posible.

    La solubilidad

    *as sustancias no se disuelven en i%ual medida en un mismo

    disolvente. (on el fin de poder comparar la capacidad "ue

    tiene un disolvente para disolver un producto dado, se

    utiliza una ma%nitud "ue recibe el nombre de solubilidad.

    *a capacidad de una determinada cantidad de l"uido para

    disolver una sustancia slida no es ilimitada. &8adiendo

    soluto a un volumen dado de disolvente se lle%a a un punto

    a partir del cual la disolucin no admite ms soluto +un

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    e!ceso de soluto se depositara en el fondo del

    recipiente. Se dice entonces "ue est saturada. #ues bien,

    la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente

    determinado es la concentracin "ue corresponde al estado

    de saturacin a una temperatura dada.

    *as solubilidades de slidos en l"uidos varan mucho de

    unos sistemas a otros. &s a : ;( la solubilidad del

    cloruro de sodio +Na(l en a%ua es 0 < y en alcohol etlico

    +(0=, a esa misma temperatura, es :,::9

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    la temperatura ambiente +3;( se observa el

    desprendimiento de las burbu$as.

    1.2.1 Solubilidad ili#itada

    Supon%a "ue se inicia con un vaso de a%ua y uno de alcohol.

    El a%ua es una fase y el alcohol otra. &l vaciar el a%ua en

    el alcohol y revolver, solamente se producir una fase. El

    vaso contendr una solucin de a%ua y alcohol, con

    estructura, propiedades y composicin 'nicas. El a%ua y el

    alcohol son solubles entre s. &dems, tienen una

    solubilidad ilimitada4 independientemente de la relacin de

    a%ua y alcohol, al mezclarlos slo se produce una fase.

    7e manera similar, si se mezcla cual"uier cantidad de

    cobre l"uido y de n"uel l"uido, slo se obtendr una

    sola fase l"uida. *a aleacin de l"uido tendr la misma

    composicin, propiedades y estructura en todas partes

    +>i%ura, por"ue el n"uel y el cobre tienen solubilidad

    l"uida ilimitada.

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    Si la aleacin l"uida cobre6n"uel se solidifica y se

    enfra a temperatura ambiente, slo se produce una fase

    slida. 7espu)s de la solidificacin, los tomos de cobre y

    de n"uel no se separan, sino "ue, en vez de ello, se

    localizan de manera aleatoria en los puntos de la red ((a(.

    En el interior de la fase slida, la estructura,

    propiedades y composicin son uniformes y no e!iste

    interfase al%una entre los tomos de cobre y de n"uel. #or

    tanto, el cobre y el n"uel tambi)n tienen solubilidad

    slida ilimitada. *a fase slida es una solucin slida.

    ?na solucin slida no es una mezcla. *as mezclas

    contienen ms de un tipo de fase y sus componentes

    conservan sus propiedades individuales. *os componentes deuna solucin slida se disuelven uno en el otro y no

    retienen sus caractersticas propias.

    1.2.2 Solubilidad li#itada

    (uando se a%re%a una pe"ue8a cantidad de &z'car +primera

    fase a un vaso con a%ua +una se%unda fase y se revuelve,

    el &z'car se disuelve totalmente en el a%ua. Se obtendr

    slo una fase4 a%ua azucarada. Sin embar%o, si al a%ua se

    le a%re%a demasiada &z'car, el e!ceso se hundir en el

    fondo del vaso. &hora se tienen dos fases, a%ua saturada

    con az'car, ms la slida e!cedente4 el &z'car tiene

    solubilidad limitada en el a%ua.

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    Figura: Muestra la limitacin que tiene disolver azcar en

    agua.

    En la fi%ura a continuacin, se muestra como disminuye la

    temperatura de solidificacin del a%ua, al aumentar la

    cantidad de sal hasta un 3,3@, Esto se usa para evitar el

    hielo en los pavimentos. Se puede apreciar "ue la zona del

    %rfico sobre : ;( es similar al %rfico de a%ua y az'car.

    Figura: Muestra diagrame de fase de la solucin agua y sal

    Si al cobre l"uido se le a%re%a una pe"ue8a cantidad

    de zinc l"uido, se producir una sola solucin l"uida.

    (uando dicha solucin de cobre y zinc se enfra y se

    solidifica, da como resultado una solucin slida de

    estructura ((a(, con los tomos de cobre y de zinc

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    localizados de manera aleatoria en los puntos normales de

    la red. Sin embar%o, si la solucin l"uida contiene ms de

    un 3: por ciento de zinc, al%unos de los tomos de zinc

    e!cedentes se combinarn con al%unos de los tomos de

    cobre, para formar un compuesto (u6An +fi%ura .

    &hora coe!isten dos fases slidas4 una solucin slida de

    cobre saturado, con apro!imadamente 3: @ de zinc, y un

    compuesto (u6An. *a solubilidad del zinc en el cobre es

    limitada. *a fi%uramuestra una porcin del dia%rama de

    fases (u6An ilustrando la solubilidad del zinc en el cobre

    a ba$as temperaturas. *a solubilidad aumenta alincrementarse la temperatura.

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    En la figura podemos ver que una mezcla de dos fases se

    puede transformar en una solucin omognea de una fase,

    aumentando su temperatura

    En el caso e!tremo, pudiera no e!istir prcticamente nada

    de solubilidad entre un material y otro. Esto es cierto

    para el aceite y el a%ua, o para aleaciones de cobre y

    plomo.

    1.$ Dia%ra#as de "ase

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    Son representaciones %rficas de las fases "ue

    estn presentes en un sistema de materiales a varias

    temperaturas, presiones y composiciones. *a mayora de los

    dia%ramas de fase han sido construidos se%'n condiciones de

    e"uilibrio +condiciones de enfriamiento lento, siendo

    utilizadas por in%enieros y cientficos para entender y

    predecir muchos aspectos del comportamiento de los

    materiales. *os dia%ramas de fases ms comunes involucran

    temperatura versus composicin.

    In"or#acin &ue 'ode#os obtener de los dia%ra#as de "ase

    1. (onocer "ue fases estn presentes a diferentes

    composiciones y temperaturas ba$o condiciones de

    enfriamiento lento +e"uilibrio.

    . &veri%uar la solubilidad, en el estado slido y

    en el e"uilibrio, de un elemento +o compuesto en

    otro.

    3. 7eterminar la temperatura a la cual una

    aleacin enfriada ba$o condiciones de e"uilibrio

    comienza a solidificar y la temperatura a la cualocurre la solidificacin.

    5. (onocer la temperatura a la cual comienzan a

    fundirse diferentes fases.

    1.$.1 Dia%ra#a de "ases de sustancias 'uras

    ?na sustancia pura como el a%ua puede e!istir en las fases

    slidas, l"uidas y %as, dependiendo de las condiciones de

    temperatura y presin. ?n e$emplo familiar para todos de

    dos fases de una sustancia pura en e"uilibrio es un vaso

    de a%ua con cubos de hielo. En este caso el a%ua, slida y

    l"uida, da lu%ar a dos fases distintas separadas por una

    fase lmite, la superficie de los cubos de hielo. 7urante

    la ebullicin del a%ua, el a%ua l"uida y el a%ua vapor

    son dos fases en e"uilibrio. ?na representacin de las

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    fases acuosas "ue e!isten ba$o diferentes condiciones de

    presin y temperatura se muestra en la >i%ura.

    !iagrama de equilibrio de fases apro"imado

    presin#temperatura $%&' para el agua pura. $(os

    e)es del diagrama se encuentran algo

    distorsionados.'

    En el dia%rama de fases presin6temperatura +#B del a%ua

    e!iste un punto triple a ba$a presin +5CD9 torr y ba$a

    temperatura +:,::9 ;( donde las fases slida, l"uida y

    %aseosa coe!isten. *as fases l"uida y %aseosa e!isten a

    lo lar%o de la lnea de vaporizacin y las fases l"uida y

    slida a lo lar%o de la lnea de con%elacin, como se

    muestra en la >i%ura. Estas lneas son lneas de

    e"uilibrio entre dos fases.

    Regla de las Fases de Gibbs:

    Ecuacin "ue permite calcular el n'mero de fases "ue pueden

    coe!istir en e"uilibrio en cual"uier sistema4

    %FFG*F +%FFG*F1 si la presin es cteG1 atm

    # G n'mero de fases "ue pueden coe!istir en el sistema

    ele%ido

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    ( G n'mero de componentes en el sistema $elemento,

    compuesto o solucin'

    > G %rados de libertad $nmero de variables:presin,

    temperatura y composicin'

    1.( Solubilidad Slida Co#'leta )Dia%ra#a iso#or"o*

    ?n dia%rama de fases muestra las fases y sus composiciones

    para cual"uier combinacin de temperatura y composicin de

    la aleacin. (uando en la aleacin slo estn presentes dos

    elementos, se puede elaborar un dia%rama de fases binario.

    Se encuentran dia%ramas de fases binarios isomorfos en

    varios sistemas metlicos y cermicos. En los sistemas

    isomorfos, slo se forma una fase slida- los dos

    componentes del sistema presentan solubilidad slida

    ilimitada.

    *a fi%ura muestra como cambia la composicin a medida

    "ue cambia la temperatura

    1.(.1 +e#'eraturas de l,&uidus y de slidus

    *a curva superior en el dia%rama es la temperatura de

    l"uidus. Se debe calentar una aleacin por encima de

    l"uidos para producir una aleacin totalmente l"uida "ue

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    pueda ser colocada para obtener un producto 'til. *a

    aleacin l"uida empezar a solidificarse cuando la

    temperatura se enfre hasta la temperatura de l"uidos.

    *a temperatura de slidas es la curva inferior. ?na

    aleacin de este tipo, no estar totalmente slida hasta

    "ue el metal se enfre por deba$o de la temperatura de

    slidos. Si se utiliza una aleacin cobre6n"uel a altas

    temperaturas, deber "uedar se%uro "ue la temperatura

    durante el servicio permanecer por deba$o de la

    temperatura de slidos, de manera "ue no ocurra fusin.

    *as aleaciones se funden y se solidifican dentro de un

    ran%o de temperatura, entre los l"uidos y los slidos. *a

    diferencia de temperatura entre l"uidos y slidos se

    denomina ran%o de solidificacin de la aleacin. 7entro de

    este ran%o, coe!istirn dos fases4 una l"uida y una

    slida. El slido es una solucin de tomos de los

    compuestos involucrados- a las fases slidas %eneralmente

    se les desi%na mediante una letra min'scula %rie%a,

    como .

    1.(.2 -ases 'resentes4

    & menudo, en una aleacin a una temperatura en

    particular interesa saber "u) fases estn presentes. Si se

    planea fabricar una pieza por fundicin, debe "uedar

    se%uro "ue inicialmente todo el metal est) l"uido- si se

    planea efectuar un tratamiento t)rmico de un componente,se debe procurar "ue durante el proceso no se forme

    l"uido. El dia%rama de fases puede ser tratado como un

    mapa de carreteras- si se sabe cules son las coordenadas,

    temperatura y composicin de la aleacin, se podrn

    determinar las fases presentes.

    1.(.$ Co#'osicin de cada "ase

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    (ada fase tiene una composicin, e!presada como el

    porcenta$e de cada uno de los elementos de la fase. #or lo

    %eneral, la composicin se e!presa en porcenta$e en peso

    +@ peso. (uando est presente en la aleacin una sola

    fase, su composicin es i%ual a la de la aleacin. Si la

    composicin ori%inal de la aleacin se modifica, entonces

    tambi)n deber modificarse la de la fase.

    Sin embar%o, cuando coe!isten dos fases como l"uido y

    slido, sus composiciones diferirn entre s como de la

    composicin %eneral ori%inal, Si )sta cambia li%eramente,

    la composicin de las dos fases no se afectar, siempre

    "ue la temperatura se conserve constante.

    *a fi%ura muestra la composicin de cada una de las fases

    a una determinada temperatura

    /OI!DAD!S D! LAS DISOLUCION!S

    *a presencia de mol)culas de soluto en el seno de un

    disolvente altera las propiedades de )ste. &s, el punto de

    fusin y el de ebullicin del disolvente cambian- su

    densidad aumenta, su comportamiento "umico se modifica y,

    en ocasiones, tambi)n su color. &l%unas de estas

    propiedades de las disoluciones no dependen de la

    naturaleza del soluto, sino 'nicamente de la concentracin

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    de la disolucin, y reciben el nombre de propiedades

    coligativas.

    L!Y D! 0!N/Y

    & temperatura constante, la solubilidad de un %as en un

    l"uido, es directamente proporcional a la presin parcial

    de dicho %as + p %as sobre la solucin4

    ( %as G H p %as

    7onde ( %as es la fraccin molar del %as y H una

    constante de proporcionalidad "ue depende de la temperatura

    y de la naturaleza del %as y del l"uido.

    L!Y D! /AOUL+

    *a disminucin relativa de la presin de vapor de un

    l"uido voltil, al disolver en )l un soluto no salino es

    i%ual a la fraccin molar de ese soluto. E"uivale a decir

    "ue la presin de vapor parcial de un l"uido voltil

    + p en una solucin, es i%ual a su fraccin molar + ( multiplicada por la presin de vapor de ese l"uido puro +

    p o .

    p G ( p o

    *as soluciones "ue cumplen esta ley se denominan

    soluciones ideales.

    Ieneralmente son soluciones diluidas.

    /OI!DAD!S COLIA+IAS

    *as #ropiedades (oli%ativas son una serie de propiedades

    "ue se caracterizan por depender 'nicamente del n'mero de

    mol)culas de soluto presente, y no del tama8o, o masa molar

    de las mol)culas. (abe aclarar "ue la distincin entre

    soluto y solvente es arbitraria, y se desi%nar como

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    solvente al componente "ue este en mayor proporcin, y como

    soluto a el o los "ue est)n en menor cantidad. En el caso

    de solutos sean no6electrolitos el n'mero de partculas

    coincidir con el n'mero de mol)culas.

    Son propiedades coli%ativas el descenso de la presin de

    vapor, aumento del punto de ebullicin, disminucin del

    punto de con%elacin y presin osmtica.

    Bodas la deducciones "ue se harn en este repartido se

    basan en tres suposiciones importantes4 las soluciones son

    ideales, son soluciones diluidas y se considerarn sistemas

    de dos componentes +soluto y solvente, aun"ue las

    deducciones pueden ser e!tendida para sistemas multi

    componentes.

    #ropiedades coli%ativas4 propiedades de las disoluciones

    "ue dependen del n'mero de partculas del soluto en

    disolucin y no de la naturaleza de las partculas del

    soluto.

    *as propiedades coli%ativas de una solucin son a"uellas

    "ue dependen solamente de46la naturaleza del disolvente.

    6el n'mero de partculas del soluto +pero no de su

    naturaleza.

    Estas son4

    1.6 7isminucin de la presin de vapor del disolvente.

    .6 7isminucin del punto de con%elacin.

    3.6 &umento del punto de ebullicin.

    5.6 #resin osmtica de la solucin.

    1.3 DIS4INUCIN D! LA /!SIN D! AO/ D!L DISOL!N+!

    #reviamente, definir tres conceptos para saber de "u)

    estamos hablando4

    - Presin de vapor (Pv):#resin "ue e$erce el vapor de un

    l"uido voltil sobre el propio l"uido una vez alcanzado

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    el e"uilibrio a una temperatura dada.

    - Punto de ebullicin:Bemperatura a la cual la presin de

    vapor de un l"uido es i%ual a la presin e!terior +la de

    la atmsfera donde se encuentra el l"uido

    - Punto de ebullicin normal: Bemperatura a la cual la

    presin de vapor de un l"uido es i%ual a 1 atmsfera.

    Si tenemos una disolucin, a todo lo referente al

    disolvente le pondremos el subndice 1- y a todo lo

    referente al soluto, el subndice . #or tanto, la presin

    de vapor "ue soporta la disolucin +#t es la suma de las

    presiones parciales4 #t G #1 F #.

    *a *ey de Jaoult establece cmo calcular estas presiones

    parciales4

    #1 G #1,p K L1

    Siendo4

    #1,p G la presin de vapor del disolvente cuando est puro

    +sin soluto

    L1 G la fraccin molar del disolvente en la disolucin

    K G si%no de multiplicacin

    Entonces, a lo "ue se refiere la propiedad coli%ativa es a

    la diferencia entre #1,p y #1 por efecto de introducir un

    soluto +Mo$o se supone no voltil el soluto4

    7# G #1,p 6 #1 G #1,p 6 #1.p K L1 G #1,p+16L1 G #1,p K L

    O7 se refiere a la letra %rie%a delta, variacinP

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    Q ya est, f$ate "ue esta diferencia de presin es i%ual a

    la presin del disolvente puro +"ue depende de su

    naturaleza, de cul es el disolvente y de la fraccin

    molar del soluto... "ue mide cunto soluto hay pero no

    depende de su Naturaleza.

    >$ate tambi)n "ue la diferencia es siempre positiva

    +por"ue lo son #1,p y L, as "ue el disolvente siempre

    tiene mayor presin de vapor puro "ue en disolucin.

    *a e!plicacin intuitiva es muy sencilla4 en un len%ua$e

    colo"uial +y mucho diramos "ue, si el soluto se disuelve

    es por"ue interacciona con el disolvente, y esto es por"ue

    el disolvente est Ra %ustoR con el soluto- y, por tanto,

    tiende menos a RescaparseR, a subir como vapor... prefiere

    "uedarse en la disolucin.

    Si estamos hablando de solutos electrolticos +"ue es tu

    pre%unta, la 'ltima ecuacin tienes "ue multiplicarla por

    i +>actor de (orreccin de antR off, antes e!plicado ya"ue es importante el n'mero de partculas de soluto.

    2.3 !L!ACION D!L UN+O D! !BULLICION

    &nteriormente ya hemos definido el punto de ebullicin y el

    punto de ebullicin normal.

    El aumento del punto de ebullicin de una disolucin

    +7Be , con respecto al punto de ebullicin del disolvente

    puro, al disolver en )l un soluto no voltil, est dado

    por4

    7Be G Be,d 6 Be,p G m K Te

    7onde4

    Be,p G Bemperatura de ebullicin del disolvente puro

    Be,d G Bemperatura de ebullicin de la disolucin

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    m G es la molalidad

    Te G es la constante ebulloscpica del disolvente. Bambi)n

    se le denomina

    constante molal del punto de ebullicin.

    K G si%no de multiplicacin

    Banto en esta propiedad, como en la anterior, vu)lvete a

    fi$ar en la ecuacin y date cuenta "ue depende de Ral%oR

    del disolvente +la constante ebulloscpicacrioscpica y

    de otro Ral%oR "ue mide concentracin del soluto

    +molalidad.

    &mbas ecuaciones +crioscpica y ebulloscpica no son

    meramente empricas, se pueden deducir termodinmicamente-

    y las constantes Tc y Te son una a%rupacin de parmetros

    del disolvente.

    Si estamos hablando de solutos electrolticos +"ue es tu

    pre%unta, no olvides "ue la ecuacin tienes "ue

    multiplicarla por i +>actor de (orreccin de antR off,

    antes e!plicado ya "ue es importante el n'mero departculas de soluto.

    #ara esta propiedad, tambi)n encontramos una aplicacin de

    la vida diaria. En la mayora de las recetas de cocina en

    las "ue hay "ue hervir a%ua, hay "ue a8adir sal. #ues bien,

    si a8ades la sal desde el principio, va a tardar ms en

    hervir el a%ua "ue si slo pones a%ua. U#or "u)V #or"ue si

    has a8adido la sal, no ests hirviendo a%ua sino una

    disolucin acuosa de un electrolito +otra vez el Na(l... y

    su punto de ebullicin es mayor4 necesita ms calor, ms

    rato, para alcanzar la temperatura de ebullicin.

    $.3 DIS4INUCION D!L UN+O D! CON!LACION

    El punto de con%elacin es la temperatura a la cual una

    sustancia establece el e"uilibrio slido6l"uido, y a una

    determinada presin +suele ser la presin e!terior.

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    *a disminucin del punto de con%elacin de una disolucin

    +7Bc , con respecto al punto de con%elacin del disolvente

    puro, al disolver en )l un soluto est dada por4

    7Bc G Bc,p 6 Bc,d G m K Tc

    O7 se refiere a la letra %rie%a delta, variacinP

    7onde4

    Bc,p G Bemperatura de con%elacin del disolvente puro

    Bc,d G Bemperatura de con%elacin de la disolucin

    m G es la molalidad

    Tc G es la constante crioscpica del disolvente. Bambi)n se

    le denomina constante molal del punto de con%elacin.

    K G si%no de multiplicacin

    7e nuevo, la e!plicacin intuitiva, y en len%ua$e

    colo"uial, es sencilla4 cuando un l"uido se solidifica +o

    con%ela, es lo mismo siempre "ue a presin y temperatura

    ambiente la sustancia sea l"uida lo "ue ocurre es"ue las mol)culas interaccionan ms fuertemente- si a8ado

    un soluto y se disuelve, si%nifica "ue las mol)culas de

    disolvente y soluto estn interaccionando... y estn Rms a

    %ustoR $untas "ue separadas. #or tanto, el disolvente

    prefiere "uedarse Rl"uidoR $unto al soluto, "ue

    RsolidificarseR )l solo.

    Qa sabes "ue si estamos hablando de solutos electrolticos

    +"ue es tu pre%unta, la ecuacin tienes "ue multiplicarla

    por i +>actor de (orreccin de antR off, antes e!plicado

    ya "ue es importante el n'mero de partculas de soluto.

    Esta propiedad coli%ativa es el fundamento de echar sal al

    suelo cuando nieva o hiela. *o "ue estamos haciendo es

    a8adir un electrolito +Na(l al a%ua, de forma "ue la

    disolucin resultante con%ela a menor temperatura "ue el

    a%ua +hielo o nieve inicial.

  • 7/23/2019 Disolucion y Solubilidad

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    (.3 /!SION OS4O+ICA

    Si una disolucin y su disolvente puro estn separados por

    una membrana semipermeable "ue de$a pasar solamente a las

    mol)culas de disolvente, el resultado neto es el paso de

    disolvente a la disolucin. Este fenmeno se denomina

    smosis.

    *a presin osmtica, es la presin "ue se debe aplicar a la

    disolucin para "ue no ocurra la smosis. Es decir, el

    resultado neto no indi"ue paso del disolvente a trav)s de

    la membrana semipermeable. 7ecimos neto por"ue, como

    siempre ocurre en Wumica, se trata de un e"uilibrio

    dinmico- es decir, constantemente estn pasando mol)culas

    de disolvente del disolvente puro a la disolucin y,

    tambi)n, viceversa. (uando observamos +macroscpicamente,

    claro "ue ha pasado disolvente del puro a la disolucin,

    lo "ue ha ocurrido es "ue ms mol)culas han pasado en este

    sentido "ue al rev)s +de la disolucin al disolvente puro.

    anRt off determin "ue para soluciones diluidas, la

    presin osmtica +#, se suele representar por una pi

    may'scula, satisface la si%uiente relacin4

    # G nJB

    7onde4

    G es el volumen de la disolucin

    n G es el n'mero de moles de soluto

    J G es la constante universal de los %ases ideales +G:,:

    Oatm6lmol6XT P

    B G temperatura absoluta

    ?na vez ms, se repite la e!plicacin intuitiva. Siempre es

    la misma idea4 si ocurre la disolucin del soluto en el

  • 7/23/2019 Disolucion y Solubilidad

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    disolvente es por"ue ambos prefieren Restar $untosR +ms

    ri%urosamente4 su ener%a se minimiza al interaccionar-

    por lo tanto, cual"uier situacin en la "ue el disolvente

    est solo +por"ue se evapora, o se con%ela, o por"ue s

    pero puede estar acompa8ado por el soluto +disolucin,

    dicho disolvente va a preferir la compa8a antes "ue la

    soledad... y de ah "ue se evaporen menos mol)culas

    +disminucin de la presin de vapor o aumento del punto de

    ebullicin, o "ue se con%elen menos +disminucin del punto

    de con%elacin, o "ue las mol)culas pasen a la disolucin

    a trav)s de una membrana +presin osmtica.

    (omo siempre, si estamos hablando de solutos electrolticos

    +"ue es tu pre%unta, el miembro de la derecha de la

    ecuacin tienes "ue multiplicarlo por +>actor de (orreccin

    de antR off, antes e!plicado ya "ue es importante el

    n'mero de partculas de soluto.

    Os#osis natural

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    Os#osis In5ersa

    7e a"u se deduce "ue si nuestro inter)s en el tratamiento

    es obtener una corriente de a%ua lo ms diluida posibledeberemos invertir el fenmeno. #ara ello hay "ue vencer la

    presin osmtica natural mediante la aplicacin en sentido

    contrario de una presin mayor. +er >i%ura 3.

    (uando se lo%ra invertir el fenmeno estamos en presencia

    de smosis inversa o invertida como se ha dado en llamarla.

    En resumen4 si a una corriente de a%ua salada se le aplica

    una fuerte presin, lo%raremos obtener un e"uilibrio

    distinto del anteriormente descripto en el cual se %eneran

    simultneamente dos corrientes4

    ?na "ue es la "ue atraviesa la membrana, "ueda libre de

    slidos disueltos +minerales, materia or%nica, etc. y de

    microor%anismos +virus, bacterias, etc.4 'roducto o

    'er#eado.

    *a otra se va concentrando en esos mismos productos sin "ue

    lle%uen a depositarse en la membrana, por"ue la taparan y

    se eliminaran en forma continua, constituyendo el

    concentrado.

    *a relacin entre producto y concentrado constituye la

    recuperacin, e!presada en porcenta$e los rechazos para4

    Sulfatos +9 @, &rs)nico +99 @, >luoruros +9D @,

    Nitratos +91 @, Yacterias, irus y hon%os ms del 9 @.

    4e#brana de la Os#osis In5ersa

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    Es una membrana "ue tiene una rea RmicroporosaR "ue

    rechaza las impurezas y "ue no impide al a%ua de pasar. *a

    membrana rechaza las bacterias, pir%enos, y C@69C@ de

    slidos inor%nicos. Zones RpolivalentosR son rechazados

    ms fcilmente "ue los iones RmonovalentesR. *os slidos

    or%nicos con un peso molecular superior a 3:: son

    rechazados por la membrana, pero los %ases pasan a trav)s.

    *a smosis inversa es una tecnolo%a de rechazo en

    porcenta$e. *a pureza del a%ua producida depende de la

    pureza del a%ua en el ansa. *a pureza del a%ua producida

    por la smosis inversa es ms %rande "ue en el a%ua de

    alimentacin +er >i%ura 5.

    SIS+!4AS COLOIDAL!S

    *os (oloides son sistemas hetero%)neos formados por una

    fase dispersante y una o ms fases dispersas. Estos

    sistemas difieren de las soluciones verdaderas en el tama8o

    de partcula de la fase dispersa. &s, en un sentido

    %eneral, cuando se habla de soluciones el tama8o de laspartculas o mol)culas de soluto es siempre inferior a dos

    nm, mientras "ue en los sistemas coloides las partculas

    dispersas tienen un tama8o "ue vara entre los y los

    .::: nm. ?na de las consecuencias fsicas de esta

    diferencia de tama8o consiste en "ue los sistemas

    coloidales dispersan la luz, +efecto Byndall, mientras "ue

    las soluciones verdaderas no.

    &dicionalmente, las soluciones difieren de los coloides en

    la e!tremada re%ularidad en el tama8o de partcula de los

    solutos y en "ue en ellas, siempre e!iste un cierto %rado

    de afinidad entre la naturaleza del soluto y la naturaleza

    del solvente- esto hace de las soluciones, sistemas

    termodinmicamente estables. En los sistemas coloidales el

    tama8o de partcula no es constante sino "ue vara dentro

    de un amplio ran%o y la afinidad [fase dispersa fase

  • 7/23/2019 Disolucion y Solubilidad

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    dispersante\, puede o no e!istir. En el (uadro No 0.1 se

    muestran diversos tipos de sistemas coloidales en funcin

    del estado fsico de las fases dispersa y dispersante4

    B&Y*& N= 0.1. BZ#=S 7E SZSBE

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    #ropiedad Solucin (oloide Suspensin

    Bama8o de

    partcula

    ^ nm 1: _ 1:.:::

    nm

    ` 1:.::: nm

    omo%eneidad Es homo%)nea Est en ellmite

    Eshetero%)nea

    &ccin de la

    %ravedad

    No sedimenta #uede

    sedimentar

    Sedimenta

    >iltrabilidad No filtrable 7ifcilmente

    filtrable

    >iltrable

    E$emplos

    (otidianos

    Salmuera

    &%ua azucarada

    &lb'mina

    Nubes

    San%re

    Balcos,

    polvos.

    *a mayora de los sistemas mencionados anteriormente son de

    una %ran importancia industrial o ambiental- a decir

    verdad, las Soluciones erdaderas, aun cuando tienen un

    comportamiento ms homo%)neo y predecible, no son muy

    frecuentes en la naturaleza. En la naturaleza abundan ms

    los sistemas comple$os en los "ue el a%ua mantiene

    simultneamente una serie de substancias disueltas, en

    suspensin y en estado coloidal.

    *os sistemas coloidales pueden clasificarse como

  • 7/23/2019 Disolucion y Solubilidad

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    *a estabilidad de un sistema coloidal es una medida de su

    capacidad para mantener su estado yo %rado de a%re%acin u

    homo%eneidad en todo su volumen. En la mayora de ellos,

    la velocidad de sedimentacin de las partculas coloidales

    es tan lenta, "ue normalmente prevalece la a%itacin

    t)rmica sobre la accin de la %ravedad, en contraste con

    otras partculas ms %randes "ue sedimentan

    espontneamente. Esto ocurre por"ue las partculas

    coloidales poseen car%a el)ctrica y la repulsin mutua "ue

    se %enera entre ellas as, como la a%itacin t)rmica,

    estabiliza el sistema.

    En la mayora de los sistemas coloidales, +Soles, la

    separacin de las fases se facilita y acelera

    considerablemente cuando se adicionan pe"ue8as cantidades

    de sales, con ob$eto de alterar la car%a el)ctrica de las

    partculas yo de promover su a%lutinacin y sedimentacin.

    Este proceso se conoce como (oa%ulacin _ >loculacin y

    tiene amplia aplicacin en los procesos de tratamiento de

    a%uas.#ara sedimentar las partculas de un sistema coloidal se

    re"uiere en primer lu%ar "ue estas colisionen, pero adems,

    "ue en dichas colisiones la adherencia entre las partculas

    prevalezca sobre la fuerza de desinte%racin "ue ocasiona

    el impacto. Esto implica "ue debe e!istir un e"uilibrio

    entre la a%itacin necesaria para dispersar el coa%ulante y

    provocar las colisiones y la "uietud necesaria "ue se

    re"uiere para "ue la adherencia prevalezca sobre la

    desinte%racin.

    Boda a%re%acin de partculas de un sistema, "ue da por

    resultado la [coa%ulacin 6 floculacin\, produce un

    cambio en el estado del sistema disperso y, como

    consecuencia una perturbacin de su e"uilibrio o

    estabilidad.

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    Si bien a nivel industrial es muy importante la estabilidad

    de los coloides en productos tales como cremas, talcos,

    cosm)ticos, etc., en tratamiento de a%uas residuales es muy

    importante la desestabilizacin de los mismos. (uanto me$or

    se estabilizan los coloides "ue forman los productos de

    consumo diario, tanto mas difcil se tornan los procesos de

    floculacin _ coa%ulacin en las plantas de tratamiento de

    a%uas residuales.

    !SCU!LA D! IN!NI!/8A 4!C9NICA

    CU/SO

    :u,#ica eneral

    +!4A

    Solubilidad

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    IN!NI!/O

    D,a; Ca#ac>(