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9. Disoluciones

Tema 9. Disoluciones

»Unidades de concentración:· Molaridad· Fracción molar· Porcentaje en masa (ppm)· Molalidad

» Fundamentos de la solubilidad:· Interacciones soluto-disolvente· Efecto de la Tª· Efecto de la presión

» Propiedades coligativas:· Descenso de la presión de vapor

· Aumento del punto de ebullición · Descenso del punto de congelación· Presión osmótica· Propiedades coligativas de los

electrolitos

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Unidades de concentración

Una disolución es una mezcla homogénea de un soluto (sustancia disuelta que está en menor proporción) distribuido en un disolvente (sustancia que produce la disolución, está en mayor proporción y determina el estado de agregación en el que se encuentra la disolución).

Disolución Componentes

Disoluciones gaseosas

Aire N2, O2, H2 y otros

Gas Natural CH4, C2H6

Disoluciones Líquidas

Agua de mar H2O, NaCl, y muchos otros

Vinagre H2O y ácido acético

Gaseosa H2O, CO2, sacarosa, y otros

Disoluciones Sólidas

Latón amarillo Cu-Zn

Amalgama para dientes Ag-Sn-Hg

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Molaridad

M=

moles de soluto

litros de disolución

Preparación de disoluciones diluidas a partir de disoluciones más concentradas:

nº moles en disoluc. concentrada = nº de moles en disoluc diluida

McVc= MdVd

Molalidad

m =

moles de soluto

Kg de disolvente

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Fracción molar:

XA =moles de A

moles totales

xi= xA+xB+....= 1 % en masa

% masa =masa de soluto

masa total de disolución

ppm = masa de soluto

masa total de disoluciónx 106 = % masa x 104

Para disoluciones muy diluidas se utilizan:

ppm: partes por millón (g/g, mg/L)

ppb: partes por billón (ng/g, g/L)

ppt: partes por trillón (pg/g, ng/L)(Nota: 1.0 L para densidad 1.0 g/mL = 1000 g)

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Fundamentos de la solubilidad

Factores que afectan a la solubilidad:Factores que afectan a la solubilidad:» Interacciones soluto-disolvente» Efecto de la temperatura» Efecto de la presión

Interacciones soluto-disolvente

- Dos sustancias que tienen el mismo tipo y magnitud de fuerzas intermoleculares serán solubles entre sí.

- La solubilidad de las sustancias no polares en agua es muy pequeña, y en general los compuestos orgánicos no son solubles en agua. Sin embargo, existen unos pocos compuestos orgánico solubles en agua como el metanol, etanol y el etilenglicol. Todos ellos poseen grupos –OH en la molécula, observándose un aumento de la solubilidad por interacciones por puentes de H.

etanol etilenglicol glicerol

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-La solubilidad de lo compuestos iónicos en agua (varía de unos compuestos a otros) depende de un equilibrio entre dos fuerzas, ambas de naturaleza eléctrica.

a) Fuerzas de atracción entre las moléculas de agua y los iones, que tienden a disolver el sólido. (Ej. NaCl, NaOH)

b) Fuerzas de atracción entre iones con cargas opuestas, que tienden a mantenerlos en estado sólido.

(Ej.BaSO4, CaCO3)

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Disolución diluida: Una disolución donde puede ser disuelto más cantidad de

soluto.Disolución saturada:

Una disolución donde no se puede disolver más cantidad de soluto, y se establece un equilibrio entre las moléculas en estado sólido y en disolución.

Disolución sobresaturada:Una disolución en la cual se disuelve más soluto que en una

disolución saturada..


Efecto de la temperatura sobre la solubilidad

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Solubilidad:Cantidad de soluto requerido para formar una disolución

saturada. A 20ºC y 1 atm de presión una disolución saturada contiene:· 204 gr de sacarosa en 100 gr de agua.· 0.00138 moles de O2 por litro de agua.

Disolución de sólidos en líquidos

sólido + líquido disolución Hdisolución 0

La solubilidad de los sólidos aumenta con la

temperatura.

Tª

Solubilidad

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Disolución de gases en líquidos

gas + líquido disolución Hdisolución 0


La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la Tª.

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Efecto de la presión sobre la solubilidad


La presión tiene un efecto importante sobre la solubilidad para los sistemas gaseosos. A una Tª determinada, el aumento de presión implica un incremento en la solubilidad del gas en el líquido.

Cg = k Pg

Ley de Henry:

Cg= Concentración del gas en la disoluciónPg= Presión parcial del gas sobre la disolución

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Propiedades coligativas

Las propiedades de la disolución dependen de la concentración de partículas de soluto, más que de su naturaleza y se denominan propiedades coligativas:

- Descenso de la presión de vapor- Presión osmótica- Aumento del punto de ebullición- Descenso del punto de congelación

Descenso de la presión de vapor (Ley de Raoult)Descenso de la presión de vapor (Ley de Raoult)

Al añadir un soluto a un disolvente puro, se produce una disminución de la presión de vapor del dte. La relación

entre la presión de vapor del disolvente (PA) sobre la disolución

y la concentración se expresa mediante la ley de Raoult:

PA = A P° P°= Presión de vapor del dte puro

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Pbenzene = benzene P°benzene = (0.500)(96.1 mm Hg) = 47.6 mm Hg

Ptoluene = toluene P°toluene = (0.500)(28.4 mm Hg) = 14.2 mm Hg

Ptotal = Pbenzene + Ptoluene = 61.8 mm Hg

Determinación de la presión de vapor en disoluciones ideales y de la composición del vapor en el equilibrio.

La presión de vapor del benceno y tolueno puro a 25ºC son 95.1 y 28.4 mm Hg, respectivamente. Se prepara una disolución donde la fracción molar para ambos es 0.5. ¿Cuáles son las presiones parciales de benceno y tolueno en la disolución? ¿Cúal es la presión de vapor total?

¿Cuál es la composición del vapor en el equilibrio en una disolución de benceno-tolueno?

benzene = Pbenzene/Ptotal = 47.6 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.770

toluene = Ptoluene/Ptotal = 14.2 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.230

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Elevación del punto de Elevación del punto de ebullición ebullición

» El punto de ebullición de una disolución es mayor que el punto de ebullición del disolvente puro.

» Esto se debe 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.

Te= Te- Teo = ke molalidad

donde:

Te es el punto de ebullición de la disolución

Teo es el punto de ebullición del disolvente puro

ke constante molal del punto de ebullición


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Descenso del punto de congelaciónDescenso del punto de congelación

» El punto de congelación de una disolución es menor que el punto de congelación del disolvente puro.

» Esto es consecuencia directa de la disminución en la presión de vapor del disolvente por el soluto. El disolvente puro se separa cuando la disolución se congela.

Tf= Tfo - Tf = kf molalidad

donde:

Tf es el punto de congelación de la disolución

Tfo es el punto de congelación del disolvente puro

kf constante molal del punto de congelación


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Diagrama de fases:

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- Líquidos anticongelantes para

coches:

Disolución de etilenglicol (soluto no

volátil con alto punto de ebullición) en

agua.

Aplicaciones:

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Evaporación y condensación

- Situación experimental:

Agua pura Disolución concentrada

Disolución diluida

Vacío

La fuerza motriz responsable del proceso es la presión de vapor de agua en los vasos.

El agua se desplaza desde la región en la que su presión

de vapor o fracción molar es alta (x1 = 1 para el agua pura), a

otra en la que la presión de vapor o fracción molar es baja (x1 1

para una disolución de azúcar)

tiempo

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Presión osmótica Presión osmótica

El proceso de transferencia de disolvente puro a través de una membrana semipermeable desde una disolución diluida a otra más concentrada, se llama ósmosis.

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πV = nRT

π = RTn

V = M RT

Como consecuencia de la ósmosis el nivel de agua asciende por una de las ramas de la U:

La presión osmótica () es la presión requerida para parar el proceso de ósmosis, y es igual a la presión externa (P).

»Si P < , la ósmosis tiene lugar en sentido normal.

M – molaridad de la disoluciónR – Constante de los gases (0.08206 L(atm)/mol(K))T – Tª en Kelvin


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»Si P > , las moléculas de agua atraviesan la membrana des de la disolución hacia el agua pura. Este proceso se denomina ósmosis inversa, y se utiliza para obtener agua potable a partir de agua de mar.

Agua pura Agua de mar

Presión

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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).

Para las disoluciones acuosa de electrolitos:

Tf= 1,86ºC/m x molalidad x i

Te= 0,52ºC/m x molalidad x i

= M x R x T x i

Donde i= nº de moles de iones por mol de electrolito.ej: i (NaCl) = 2

i (MgSO4) = 2

i (CaCl2) = 3

Propiedades coligativas de los electrolitosPropiedades coligativas de los electrolitos


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