FISICOQUIMICAUnidad 3-° Equilibrio Físico

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES: Arredondo Navarro Kathia Del Rocío López Carlón Baltazar Medina García Cecilia Saraí Peñuelas Lugo Narda Azucena Vázquez Sarabia Itzel Carolina

• Solubilidad de los gases en líquidos• Ley de distribución de Nernst

FACILITADOR:

I.Q. RODOLFO GÁMEZ AGUILAR

Actividad de Aprendizaje 3:

Los Mochis, Sinaloa; a 11 de Noviembre de 2015

• SOLUBILIDAD DE LOS GASES EN LIQUIDOSLos gases se disuelven en los líquidos para formar soluciones verdaderas. El grado de solubilidad depende de la naturaleza del gas y del solvente, la presión y la temperatura.

La gran solubilidad del cloruro de hidrógeno y el amoniaco se explica por la reacción química de estos gases con el solvente para formar ácido clorhídrico e hidróxido de amonio respectivamente.

la semejanza entre el soluto y el solvente conduce a una solubilidad más alta, como lo evidencia el hecho de que los vapores de hidrocarburo se disuelven más fácilmente en hidrocarburos y otros solventes orgánicos que en el agua.

El efecto de la presión en la solubilidad de un gas dado, en un líquido particular, a temperatura constante, se puede obtener fácilmente invirtiendo el proceso; en efecto, consideremos el gas como un soluto que vaporiza hasta establecer una presión de vapor sobre la solución. En estas condiciones se aplica esta ecuación.

𝑓 2(𝑔)

𝑎2=𝐾

𝑃2

𝑁 2

𝑃2

𝑁2=𝐾

Ley de Henry establece que a temperatura constante la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a

la presión del gas sobre el líquido.

𝑁 2=𝐾 ′ 𝑃2

El factor de proporcionalidad K' se llama constante de la ley de Henry. Su magnitud depende de la naturaleza del gas y el solvente, temperatura y unidades en que se expresa P2

Donde:: es la concentración.: es la presión parcial de cada gas.

La validez de la ley de Henry se ilustra en la siguiente tabla relativos a la solubilidad del oxígeno en agua a 25°C. Si la ley es válida, K' debe ser una constante independiente de la presión. Esto es lo que sucede, como se observa en la columna 3 de la tabla.

Cuando el amoníaco se disuelve en el agua, parte del gas disuelto reacciona formando hidróxido de amonio, que a su vez se disocia parcialmente en .

La estricta aplicación de la ley de Henry se limita a las presiones bajas. A presiones elevadas la ley es menos exacta, y las constantes de proporcionalidad presentan una variación considerable. Generalmente, cuanto mayor es la temperatura y menor la presión, más exactamente se cumple. Además la ley establecida antes no es aplicable cuando los gases disueltos reaccionan con el solvente, o bien se ionizan.

Cuando la ionización es completa, la ley no se cumple de ninguna manera.

Las desviaciones en el caso de reacción química y de disociación parcial se comprenden y corrigen fácilmente si tenemos en cuenta que la ley de Henry es aplicable a la concentración en solución de las mismas especies moleculares, como existen en la fase de gas y no a la concentración total en solución.

Ejemplo:Las reacciones que nos ocupan son las siguientes:

Donde:: es la fracción molar del amoníaco presente en la solución como

Teniendo en cuenta las limitaciones anteriores, para que la ley de Henry resulte aplicable a la solución del amoníaco en agua, no podremos establecer que

𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑃𝑁𝐻3

=𝐾 ′ 𝑠𝑖𝑛𝑜𝑁𝑁𝐻 3

𝑃𝑁𝐻 3

=𝐾 ′

La disminución de solubilidad a temperaturas más elevadas los líquidos que contienen muchos tipos de gases disueltos pueden purgarse de ellos por ebullición. No siempre sucede así. Algunos gases son más solubles a temperatura alta que a baja, de aquí que no se eliminen por calentamiento. En efecto, las soluciones diluidas del cloruro de hidrógeno en agua se concentran por ebullición hasta que alcanzan una concentración del 20 por ciento de aquel gas.

• LEY DE DISTRIBUICION DE NERNSTEl yodo es soluble en agua y en tetracloruro de carbono(CCl4). Cuando una solución de yodo en agua se agita con tetracloruro de carbono que es inmiscible con agua, se encuentra que el yodo se distribuye entre la capas de agua y tetracloruro de carbono de manera que en equilibrio la relación de concentraciones del yodo en dichas capas es constante a cualquier temperatura dada

Esta conducta es una consecuencia de los requisitos termodinámicos de equilibrio..

Consideremos un par de solventes en contacto, A y B que contienen la misma sustancia en solución. La energía libre molar parcial del soluto en el liquido A, F̅A, se representa de la siguiente forma:

F̅A = F̅°A + RT ln aA

Donde: F̅°A = energia libre estandar aA = actividad del soluto en el solvente A

De la misma manera, la energía libre molar parcial del soluto en el liquido B, F̅B, se representa de la siguiente forma:

F̅B = F̅°B + RT ln aB

Donde: F̅°B = energia libre estandar aB = actividad del soluto en el solvente B

Para el equilibrio entre las capas debemos tener:F̅A = F̅B

F̅°A + RT ln aA = F̅°B + RT ln

ln

Sin embargo a una termperatura dada, F̅°A y F̅°B son constantes para un sustancia en un solvente particular,por lo tanto:

ln

Cuando las soluciones diluidas o el soluto se comportan idealmente, la actividad es prácticamente igual ala concentración C, y la ecuación se reduce a:

KLa constante K se llama coeficiente de distribución o de reparto

Constituye la formulación matemática de la Ley de la Distribución de Nernst, que establece que una sustancia se distribuye entre dos solventes hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de las actividades de la sustancia en las dos capas, para una temperatura establecida.

Tabla 8-5. Coeficientes de distribución a 25ºC

I2 entre el H2O y el CCl4H3BO3 entre el agua y el alcohol

amílico

0.000322 0.02745 0.0117 0.02602 0.00805 3.240.000503 0.0429 0.0117 0.05104 0.01545 3.310.000763 0.0654 0.0117 0.1808 0.0540 3.350.00115 0.1010 0.0114 0.3012 0.0857 3.520.00134 0.1196 0.0112  

Constancia de K

Concentraciones bajas • Es válida

NOTA: A partir de estos datos, deben utilizar las actividades en vez de las

concentraciones para obtener una constante verdadera por coeficiente de

reparto en soluciones más concentradas.

NOTA: Ahora deben utilizar las actividades en vez de las

concentraciones para obtener una constante verdadera por

coeficiente de reparto en soluciones más concentradas.

K depende de la naturaleza del soluto y de los líquidos comprendidos

Considerando como algunos factores que modifican la magnitud de esta constante son: Temperatur

a

Otros ejemplos de distribución dignos de citarse son:Yodo en agua y disulfuro de carbono Yodo en agua y bromoformoPeróxido de hidrógeno en agua y diversos

solventes orgánicosFenol en agua y alcohol amílico.

• Un soluto se asocia en moléculas más complejas

Asociación

• El soluto se disocia en iones o moléculas más simples

Disociación

Walter Nernst destacó: El enunciado anterior de la ley de distribución es válido para solutos

sin cambios:

Las limitaciones de aplicación de esta ley se señalaron relacionadas con la de Henry relativa a gases que forman especies moleculares o iónicas nuevas en solución.

No se aplica la ley a las concentraciones totales de

las dos fases, sino únicamente a las

concentraciones de la especie particular común

de ambas.

Tabla 8-6. Distribución del ácido benzoico entre el agua y el cloroformo

0.00211

0.00721

0.292 0.00178

0.00404

0.441

0.00268

0.01084

0.247 0.00231

0.00523

0.442

0.00353

0.01686

0.210 0.00310

0.00701

0.442

0.00725

0.05700

0.127 0.00662

0.01497

0.442

0.01272

0.16733

0.076 0.01188

0.02687

0.442

Columna 1: concentración total de ácido benzoico en la capa de agua Columna 2:concentración total de ácido benzoico pero en la capa de

cloroformo Columna 3: relación entre las concentraciones de la columna 1 y 2.

“NO existe ninguna analogía en la relación de las concentraciones totales del ácido benzoico en los dos

solventes.” Columna 4 y 5:

concentraciones de las moléculas simples

Columna 6: valor constante K

Aplicación en otros sistemas:

La distribución del ácido benzoico en el agua y el benceno

El ácido salicílico entre el agua y benceno o cloroformo

Y el ácido acético entre el agua y algunos disolventes orgánicos

Los coeficientes de distribución, lo mismo que otras constantes de equilibrio, varían con la temperatura.

APLICACIONES DE LA LEY DE DISTRIBUCIÓN La extracción Análisis Determinación de las constantes de equilibrio.

La variación de estas constantes esta dada por:

Donde ∆H es ahora la transferencia de calor por mol de soluto desde una solución a la otra.

Define al coeficiente de temperatura de Ka en función del calor de reacción ∆H° y T

▪ Supongamos que una solución contiene W g de una sustancia en V1 de solución, y que se agita repetidamente con V2 de un solvente puro inmiscible hasta lograr el equilibrio. Después de n extracciones el peso Wn, del soluto que permanece sin extraer, será

▪ Y por esa razón el extraído es:

1

….… 2

Donde K = C1/C2 Cuando se conoce K, es posible utilizar la ecuación (1) para estimar el número de extracciones necesarias para reducir W, hasta un valor dado, Wn.

Si disponemos de un cierto volumen de solvente, se obtiene mayor eficiencia en la extracción si lo emplea en cierto número de extracciones separadas, en lugar de usarlo todo de una vez.

La eficiencia de extracción máxima se logra manteniendo valores pequeños de V2 y grandes de n

Soluto

BibliografíaMaron, S. H., & Prutton, C. F. (2001). Fundamentos de Fisicoquímica. México: Limusa.

“Convierte los muros que

aparecen en tu vida, en

peldaños hacia tus objetivos.”