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Disoluciones

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Disoluciones� Introducción� Formas de expresar la concentración� Solubilidad� Efecto de la P y la Tª en la solubilidad� Propiedades coligativas de las disoluciones

� Descenso de la presión de vapor y ley de Raoult� Elevación del punto de ebullición� Descenso del punto de congelación� Ósmosis y presión osmótica

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Elemento Compuesto

Sustancias puras

MezclaHomogénea

MezclaHeterogénea

Mezclacoloidal

Suspensión

Mezcla

Sistema material

DISOLUCIÓN (CONCEPTO)Es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias químicas tal que el tamaño molecular de la partículas sea inferior a 10-9 m.

Disolvente ���� Componente que está presente en mayorcantidad o que determina el estado de lamateria en la que existe una disolución.

Solutos ���� Los restantes componentes.

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� Según el número de componentes.� Según estado físico de soluto y disolvente.� Según la proporción de los componentes.� Según el carácter molecular de los componentes.

CLASIFICACIÓN DE DISOLUCIONES

Según el número de componentes.BinariasTernarias….

Según estado físico de soluto y disolvente.

AleacionesSólidoSólido

Hg - cobreSólidoLíquido

H2 -platinoSólidoGas

Azúcar-aguaLíquidoSólido

PetróleoLíquidoLíquido

CO2 en aguaLíquidoGas

HumoGasSólido

NieblaGasLíquido

AireGasGas

EjemploDisolventeSoluto

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CLASIFICACIÓN DE DISOLUCIONES

Según la proporción de los componentes.Diluidas . Tienen poca cantidad de soluto.Concentradas . Tienen bastante cantidad de soluto.Saturadas . No admiten mayor concentración de soluto.

Según el carácter molecular de los componentes.Electrolíticas . Los solutos están ionizados (electrolitos) tales como disoluciones de ácidos, bases o sales. Conducen la corriente eléctrica. Ej. NaClNo electrolíticas . El soluto no está ionizado. No conducen la corriente eléctrica. Ej. azúcar

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Solubilidad

Solubilidad: concentración de soluto en una disolución saturada de un disolvente determinado.

(soluto)puro

soluto(disolución)Representa la capacidad que tieneuna sustancia para disolverse en un disolvente determinado.

Disolución saturada: disolución que contiene la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente.

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SOLUBILIDAD. NATURALEZA DEL SOLUTO-DISOLVENTE

“LO SEMEJANTE DISUELVE A LO SEMEJANTE”

soluto-solutodisolvente – disolvente

INTERACCIONES:

soluto-disolvente

Si débiles favorecen la solubilidad

SOLVATACIÓN Si fuerte favorece

la solubilidad

Soluto

Ión solvatado

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La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución (Ley de Henry).

Cgas = kPgas

c es la concentración (M) del gas disuelto

P es la presión del gas sobre la disolución

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

baja P

baja C

alta P

alta C

Efecto de la presión en la solubilidad de gases. Ley de Henry

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La solubilidad aumenta con el aumento de temperatura

La solubilidadd disminuye con el aumento de temperatura

Efecto de la temperatura en la solubilidad

Solubilidad de sólidos

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Solubilidad de gases

Normalmente la solubilidaddisminuye al aumentar la

temperatura

Solubilidad del O2(g) en agua (La presión del gas sobre la disolución es 1 atm)

Efecto de la temperatura en la solubilidad

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COEFICIENTE DE REPARTO. EXTRACCION

K ( 25 ºC)

I2 en C Cl 4( I) / H2O(II) 85

Br 2 en CH Br 3( I) / H2O(II) 67

II

I

II

I

S

S

C

CK ==

H2O(I)

CCl 4 (II)

I2(sol)

I2(aq)

La extracción requiere un alto coeficiente de

reparto.

La extracción es más eficaz FRACCIONANDO el líquido

extractor.

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Las disoluciones tienen diferentes propiedades que los disolventes puros.Se llaman propiedades coligativas a aquellas que varían en función de la cantidad de soluto que se disuelva en una disolución.

Son las siguientes:� Disminución de la presión de vapor.� Aumento de temperatura de ebullición.� Disminución de la temperatura de fusión.� Presión osmótica (presión hidrostática necesaria para detener el flujo de disolvente puro a través de una membrana semipermeable).

Propiedades coligativas

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Descenso presión de vapor. Ley de RaoultLey de Raoult :“La contribución de la presión de vapor de un componente A a la presión de vapor de una disolución ideal es directamente proporcional a la fracción molar del componente A en la disolución, XA”

= presión de vapor del componente A a la misma ToAP

XA= fracción molar del componente A en la disoluciónoAAA PX P ⋅=

Si tenemos dos componentes volátiles en la disolución, A y B, ambos contribuyen a la formación del vapor sobre la disolución, siendo la presión de vapor de cada componente proporcional a su fracción molar en la disolución.

oBBB PX P ⋅=Según la ley de Dalton : BATOTAL PP P +=

oBB

oAABATOTAL PXPXPP P ⋅+⋅=+=

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Descenso presión de vapor. Ley de RaoultConsiderando que 1XX BA =+ AB X1X −=

)PP(XPP)X1(PXPP P oB

oAA

oB

oBA

oAABATOTAL −+=⋅−+⋅=+=

La presión total de una disolución ideal es una función lineal de la fracción molar de cualquiera de sus componentes.

PA

PB

Ptotal = PA + PB

PAo

PBo

0 0

0

01

1XA

XB

Pre

sión

de

vapo

r

1 0Xsoluto

0 010 Xdisolvente

Podisolvente

Pre

sión

de

vapo

r

Dos componentes volátiles Un soluto en un disolvente volátil

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Descenso de la presión de vapor:“Una disolución que contiene como soluto un líquido no volátil o un sólido tiene siempre una presión de vapor menor que el disolvente puro. Este descenso de la presión de vapor no dependerá de la naturaleza de las partículas disueltas sino de su número relativo, es decir, será proporcional a la fracción molar de soluto, XB, en la disolución”

Descenso presión de vapor. Ley de Raoult

Moléculas de soluto no volátiles

Disolución (D)

Moléculas de disolvente

Disolvente (d)

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En disoluciones diluidas de una sustancia no volátil, dicho descenso se calcula suponiendo que el disolvente, D, cumple la ley de Raoult:

oDDD PX P ⋅= (1)

Si el soluto es no volátil:

Ddisolución P P =

DoD PP P −=∆

Sustituyendo (1) en (2):

Descenso de la presión de vapor: (2)

SolutooDD

oD

oDD

oD XP)X1(PPXP P ⋅=−=⋅−=∆

“El descenso de la presión de vapor del disolvente en la disolución es proporcional a la cantidad de soluto, a su fracción molar. Depende solamente de la cantidad de soluto, no de su naturaleza.”

Descenso presión de vapor. Ley de Raoult

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Descenso presión de vapor. Ley de RaoultEn disoluciones muy diluidas (que es cuando se cumple la ley de Raoult) podemos transformar la expresión anterior de la siguiente manera:

oDS PX P ⋅=∆

D

D

S

S

S

DS

SS

Pm

g

Pm

gn

nn

nX

+=

+=

En disoluciones muy diluidas: nS <<< nD

3-D

3D

DS

D

DS

D

D

SS 10

Pmm

10Kg

Pmn

g

Pmn

Pm

gn

X =⋅

⋅=

⋅== −

mKm10

PmPPX P

3-Do

DoDS ⋅=⋅⋅=⋅=∆

“El descenso de la presión de vapor es proporcional a la molalidad”“La constante molal de la presión de vapor, K, es característica de cada disolvente y no depende de la naturaleza del soluto”

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DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓNPunto de congelación de un líquido: es la temperatura a la cual las fuerzas de atracción entre las moléculas son suficientemente fuertes para vencer sus energías cinéticas y, por tanto, causar un cambio de fase del estado líquido al estado sólido. Es la temperatura a la cual las fases líquida y sólida están en equilibrio.

“Los puntos de congelación de disoluciones que contienen solutos no electrolitos serán siempre más bajos que los puntos de congelación de los disolventes puros”

Estos descensos en el punto de congelación, Tf, vendrán dados por la siguiente expresión:

∆

mK T ff ⋅=∆

Tf = Tf (disolvente puro) - Tf (disolución) ; siempre positivom = molalidad del solutoKf = constante molal de descenso del punto de congelación.

Sus unidades son ºC/m

∆

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Aumento de punto de ebullición

∆∆∆∆Teb = Teb – Tebo = keb × m

Teb: punto de ebullición de la disoluciónTeb

o: punto de ebullición del disolvente puro

keb: Constante molal del punto de ebullición. Propiedad del disolvente (no depende del soluto). Unidades: K×Kg×mol-1

m: molalidad del soluto

� El punto de ebullición de una disolución es mayor que el punto de ebullición del disolvente puro. � Es debido a la disminución en la presión de vapor en la disolución (Ley de Raoult). Se deben alcanzar Tª más altas antes de que hierva, es decir, antes de que su presión de vapor iguale la presión externa.

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DESCENSO CRIOSCÓPICO Y ASCENSO EBULLOSCÓPICO

∆∆∆∆Te = Te(D)-Te(d) = Ke m

∆∆∆∆Tf = Tf(d)-Tf(D) = Kc m

∆Pdisolvente

Te(D)Tf(D) Tf(d) Te(d)

∆Te∆Tf

(d)

(D)

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Líquidos anticongelantes para

coches: Disolución de etilenglicol (soluto no volátil con alto punto de ebullición) en agua.

Aplicaciones:

� Determinación de pesos moleculares Þ crioscopía� Anticongelantes� Tráfico, cocina...

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Ósmosis y Presión osmótica

Ósmosis: Proceso espontáneo por el cual las moléculas de disolvente pasan a través de una membrana semipermeable desde una disolución de menor concentración hasta una disolución que tiene mayor concentración de soluto.

Presión osmótica: Presión que habría que ejercer sobre una disolución para evitar la ósmosis cuando la disolución está separada del disolvente puro por una membrana semipermeable perfecta.

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disolventepuro

disolución

membranasemipermeable

Presión aplicadapara prevenir el incremento de

volumen

moléculasdisolvente

moleculassoluto

movimiento neto del disolvente

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• Determinación de pesos moleculares Þ osmometría.(especialmente para moléculas con altos pesos moleculares

como, p.ej., macromoléculas biológicas).

• Ósmosis inversa Þ desalinización(aplicar a la disolución una presión mayor que la p, provocando un flujo de salida del disolvente).

Aplicaciones

Presión osmótica

• Paredes celulares actúan como membranas semipermeables:permiten el paso de moléculas pequeñas (agua, moléculas denutrientes) pero no de grandes (enzimas, proteínas, ...).

Importancia en los seres vivos:

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Glóbulos rojos de la sangre

Disolución isotónicamisma p que los

fluidos intracelularesde los glóbulos cext=cint

Disolución hipotónicamenor p cext<cint

entra agua y puede causarla ruptura: hemólisis

Disolución hipertónicamayor p cext>cint

sale agua: crenación

Moléculas de agua

Moléculas de soluto

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Las propiedades coligativas están referidas para sustancias tipo “no electrolito”, pero podemos determinar el efecto de la disolución de un soluto de tipo iónico introduciendo un factor de “corrección” en las distintas ecuaciones vistas anteriormente, denominado factor de Van´t Hoff (i).

∆∆∆∆Tf= 1,86ºC/m x molalidad x i

∆∆∆∆Teb= 0,52ºC/m x molalidad x i

ππππ = M x R x T x i

i= nº de moles de iones por mol de electrolito

Propiedades coligativas de los electrolitos

Para las disoluciones acuosas de electrolitos

i (NaCl) = 2i (MgSO4) = 2i (CaCl2) = 3

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• Por:

Dr. J.A. Organero Gallegowww.quimicafisica.es

Universidad de Castilla la-ManchaUCLM