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UNI-FIQT
Química I
Profesor: Jaime Flores Ramos
AACB
DISPERSIONES
DISPERSIONES (Mezclas)Son sistemas en donde hay una o varias sustancias denominada fase dispersa (discontinua) distribuidas en otra llamada fase dispersante (continua), generalmente la fase dispersante esta en mayor proporción.A la fase dispersante también se le conoce como medio dispersante.Ejem: humo, acero, agua de mar, suero, gema, agua con arcilla.
SuspensionesSuspensiones
Barros
(arcilla en agua) SEDIMENTACIÓN
Tamaño de las partículas dispersas > 1000 nm Se puede separar por filtración simple Mezclas heterogéneas
Coloides Coloides
Emulsión de aceite en agua
Es una clase dispersión en donde el tamaño (longitud, anchura o espesor) de las partículas dispersas esta en el intervalo aproximado de 1 a 1000 nm
Mezclas microheterogeneas
Pasan el papel de filtro pero no las membranasPresentan efecto tyndallNo sedimentan
Movimiento BrownianoMovimiento Browniano
Es el movimiento desordenado, siguiendo trayectoria en zig-zag de las partículas coloidales.La estabilidad de una dispersión coloidal se atribuye en parte al movimiento Browniano que tiende a mantener una distribución uniforme de las partículas.
Efecto TyndalEfecto TyndalEs la dispersión (scattering) de la luz por las partículas coloidales, fue estudiado por primera vez por John Tyndall en 1869.El efecto tyndall permite diferenciar un coloide de una disolución
Coloide Solución
Diferencia entre coloide y soluciónDiferencia entre coloide y solución
Luz
Luz dispensada
Disolución Colo ide
Cuando la luz pasa a través de una disolución, un observador que mira en dirección perpendicular al haz de luz, no ve luz. En un coloide la luz es dispersada en muchas direcciones y se observa fácilmente
Clasificación de los coloidesa) según la afinidad eléctrica
Coloide Interacción Ejemplo
Hidrofílico
(estable)Atracción por el agua
Proteínas en agua (cuerpo
humano)
Hidrofóbico
(inestable)Repulsión por el agua
Gotas de aceite en agua
Partículas de tierra en ríos.
Según la afinidad de las partículas coloidales por la fase dispersante se denominan liofilos si tienen afinidad o liofobos si no tienen afinidad, cuando el medio dispersante es el agua se le llama hidrofílico (atracción por el agua) o hidrofóbico (repulsión por el agua).
b) Según el estado físicob) Según el estado físico
Fase Fase aparente del aparente del
coloidecoloide
Fase Fase dispersantedispersante Fase Fase
dispersadadispersadaTipo de Tipo de coloidecoloide EjemploEjemplo
GasGas GasGasGasGas son soluciones son soluciones
LíquidoLíquido Aerosol líquidoAerosol líquido NieblaNiebla
SólidoSólido Aerosol sólidoAerosol sólido HumoHumo
LíquidoLíquido LíquidoLíquido
GasGas EspumaEspuma Crema batidaCrema batida
LíquidoLíquido EmulsiónEmulsión mayonesamayonesa
SólidoSólidoSolSol
pastapasta
PinturaPintura
Pasta dientesPasta dientes
SólidoSólido SólidoSólido
GasGasEspuma sólidaEspuma sólida
Cuerpo porosoCuerpo poroso
MalvaviscoMalvavisco
Piedra pómezPiedra pómez
LíquidoLíquidoEmulsiónEmulsión
sólidasólida
GelGel
MantequillaMantequilla
GelatinaGelatina
heladohelado
SólidoSólidoSol sólidoSol sólido
aleaciónaleaciónRubí, aleación Rubí, aleación
Zn-CdZn-Cd
Métodos de eliminación de las partículas Métodos de eliminación de las partículas coloidalescoloidales
Adición de un electrolito (sales), produce coagulación debido a que neutraliza las cargas superficiales de las partículas coloidales y elimina la repulsión entre ellas que evita la aglomeración.
CalentamientoCalentamiento,, incrementa el número de choques que origina la coagulación, porque después de los choque las partículas se quedan pegados, las partículas coaguladas se separan por filtración o dejándolos sedimentar.
Membranas semipermeables, para separaciones de las partículas coloidales. Los iones pasan las membranas pero no las partículas coloidales (diálisis), purificación de la sangre en los riñones artificiales.
Electrofóresis, es la separación de las partículas coloidales cuando es sometido a una diferencia de potencial, aprovechando que tienen diferente relación carga/masa.
Electroforesis
La electroforesis se define como el método de separación de sustancias cargadas al aplicar un campo eléctrico, de modo que se diferencian en el diferente comportamiento en un campo eléctrico. Aquellas partículas cargadas positivamente (catiónes) migrarán hacia el cátodo y las cargadas negativamente (aniónes) hacia el ánodo.
En biología, no se utiliza esta técnica con iones, sino con macromoléculas o incluso con células enteras. Entre las macromoléculas, las más utilizadas son las proteínas seguidas de los ácidos nucleicos, ya que ambos tipos presentan una carga importante, algo que no presentan los lípidos, sin contar con que son insolubles.
Acción limpiadora del jabón
Grasa
Estearato de sodio
DISOLUCIONES O SOLUCIONES
Tipos de solucionesTipos de solucionesPor su estado físicoPor su estado físico
Estado de la Estado de la soluciónsolución
Estado del Estado del solventesolvente
Estado del Estado del solutosoluto EjemploEjemplo
GasGas GasGas
GasGas AireAire ( (NN22, O, O22, y otros, y otros))
LíquidoLíquido Coloides Coloides
SólidoSólido Coloides Coloides
LíquidoLíquido LíquidoLíquido
GasGasGaseosaGaseosa ( (HH22O, COO, CO22, ,
sacarosa, y otrossacarosa, y otros))
LíquidoLíquidoVinagreVinagre ( (HH22O y ácido O y ácido
acéticoacético))
SólidoSólidoAgua de marAgua de mar ( (HH22O, NaCl, O, NaCl,
y muchos otrosy muchos otros))
SólidoSólido SólidoSólido
GasGas Hidrógeno en platinoHidrógeno en platino
LíquidoLíquidoAmalgama para dientesAmalgama para dientes
((Ag-Sn-HgAg-Sn-Hg))
SólidoSólido Latón amarilloLatón amarillo ( (Cu-ZnCu-Zn))
Curvas de solubilidadde algunas
sales
gramos de soluto
100 g solvente
t ºCS =
Curvas de solubilidad del KClO3
30 ºC
Sg de KClO3
100 g de H2Osobresaturada
saturada
concentrada
diluida
48
4440
10
Una solución Una solución supersaturadasupersaturada
Se prepara cuidadosamente Se prepara cuidadosamente una solución sobresaturada de una solución sobresaturada de acetato de sodio (vaso de acetato de sodio (vaso de superficie muy suave, superficie muy suave, enfriamiento muy, muy lento, enfriamiento muy, muy lento, ausencia de polvo u otras ausencia de polvo u otras partículas, mínimo manejo del partículas, mínimo manejo del vaso). El asistente se coloca un vaso). El asistente se coloca un cristal del acetato en la palma y cristal del acetato en la palma y luego se vierte sobre ella la luego se vierte sobre ella la solución. El pequeño cristal solución. El pequeño cristal sirve como germen de sirve como germen de crecimiento alrededor del cual el crecimiento alrededor del cual el resto de iones formará la resto de iones formará la estalactita. El agua que formaba estalactita. El agua que formaba la solución no aparece por que la solución no aparece por que finalmente formará parte del finalmente formará parte del cristal (se forma una sal cristal (se forma una sal hidratada).hidratada).
Tres tipos de interacciones en el proceso de disolución:• Interacción disolvente-disolvente• Interacción soluto-soluto• Interacción disolvente-soluto
Hsoln = H1 + H2 + H3
Disolvente
Disolución
Soluto
Etapa 1 Etapa 2
Etapa 3
A) Interacciones soluto-A) Interacciones soluto-solventesolvente
““Los semejante disuelve lo semejante”Los semejante disuelve lo semejante”
Disolución de NaCl(s) en H2O(l)
FACTORES QUE AFENTAN A LA SOLUBILIDAD
Disolución de NaCl en H2
O
B) Efecto de la temperatura en la B) Efecto de la temperatura en la solubilidadsolubilidad
Solubilidad de gases Solubilidad de gases en líquidosen líquidos
La solubilidad de los gases La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la disminuye al aumentar la TT
Generalmente.Generalmente.
Generalmente la solubilidad de la mayoría de las sales se incrementa con la temperatura.
Solubilidad de gases en líquidos
A mayor temperatura menor solubilidad
C) Efecto de la presión en la solubilidad
A una temperatura
determinada, el
aumento de presión
implica un incremento
en la solubilidad del
gas en el líquido.
Presión y solubilidad de los gases
La 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 molar del gas disuelto
P es la presión del gas sobre la disolución
k es una constante (mol/L•atm) que sólo dependede la temperatura
bajo P
bajo c
alto P
alto c
Unidades Químicas de Unidades Químicas de ConcentraciónConcentración
NombreNombre CálculoCálculo UnidadesUnidades InterpretacióInterpretaciónn
Concentración Concentración molar o molar o
MolaridadMolaridadmol/Lmol/L
Expresa el número de Expresa el número de moles de soluto en un moles de soluto en un
litro de solución.litro de solución.
Concentración Concentración normal o normal o
NormalidadNormalidadeq/Leq/L
Expresa el número Expresa el número de equivalentes de de equivalentes de
soluto en un litro de soluto en un litro de soluciónsolución
Concentración Concentración molal o molal o
MolalidadMolalidadmol/kgmol/kg
Expresa el número de Expresa el número de moles de soluto en un moles de soluto en un
kilogramo de kilogramo de solvente.solvente.
Fracción MolarFracción Molarmol de mol de
soluto/mol de soluto/mol de soluciónsolución
Expresa el número de Expresa el número de moles de soluto moles de soluto en un en un
mol de soluciónmol de solución
solVBn
M =
solV
B # =Neq
n Bm = masa A
nB nBXB = = ntotal nB + nA
La presión de vapor (p) de un líquido o un sólido es la presión ejercida por el vapor en equilibrio con la fase condensada. Depende exclusivamente de la temperatura.
Presión de vapor (p) en atm
° C agua etanol butano-10 0.003 0.014 0.995 0 0.006 0.048 1.002 37 0.061 0.345 1.138100 1.000 1.123 1.369
(a) un líquido en equilibrio con su vapor en un recipiente cerrado;
(b) si se lo calienta, aumenta la p;
(c) al alcanzar la Tc (temperatura crítica) las dos fases se transforman en una fase homogénea.
Para agua
Tc = 374 °C y
Pc = 218 atm
Diagrama de fases del agua
El hielo es menos denso que el agua (pendiente P/T < 0)
El punto de equilibrio de fases a 121 °C y 2 atm es la condición de trabajo de las autoclaves.
Diagrama de fases del CO2
No hay CO2 líquido a presión y temperatura ambiente.
Pendiente P/T > 0, como casi todas las sustancias.
El CO2 supercrítico (Tc = 32 °C y Pc = 73 atm) se usa en cromatografía de fluído supercrítico y para extraer la cafeína del café.
Casos interesantes:
los extinguidores a CO2 y el planeta Marte.
PROPIEDADES COLIGATIVAS
Son aquellas propiedades que dependen de
la naturaleza del solvente y del número de partículas disueltas
pero no guardan relación ni con el tamaño de las partículas ni
con la naturaleza química del soluto.
Las Propiedades Coligativas son propiedades universales de las soluciones y son:
• Descenso de la presión de vapor
• Ascenso ebulloscópico
• Descenso crioscópico
• Presión osmótica
Soluciones ideales
• La ley fundamental es la ley de Raoult
• Las propiedades son aditivas
• Son aquellas que al formarse no absorben ni
emiten calor
• No existe ninguna fuerza de atracción entre
las moléculas de los componentes
soluciónlaensolventedelmolarfracciónxA
CtasoluciónladevapordepresiónpA º
CtapurosolventedelvapordepresiónpA ºº
?BMºA
AB p
px
1 BA xx º1 ABA pxp
ºAAA pxp
Descenso de la Presión de Vapor
Es la diferencia entre la presión de vapor del solvente puro y de la solución.
Ley de Raoult
ºº
º
BBAA
AA
BA
A
t
AA pxpx
pxpp
pPp
y
ºº
º
º
BBAABAt
tBBBBB
tAAAAA
pxpxppP
Pyppxp
Pyppxp
Soluciones de 2 componentes volátiles
Composición del vapor
Gráfica de la ley de Raoult
Soluciones no ideales
• Son aquellas que al formarse experimentan cambios de energía• No obedecen la ley de Raoult
a. Desviación negativa• Las presiones de vapor son menores que las calculadas con la ley de
Raoult• Hay desprendimiento de calor• Hay interacción intermolecular A→B predominante• La energía de cada componente presente en la solución será menor
que la suma de sus componentes purosEjemplo: Cloroformo-acetona
b. Desviación positiva• Las presiones de vapor de cada componente son mayores que las calculadas con la ley de Raoult• Hay absorción de calor• La atracción molecular A→A y B→B es predominante• La energía de cada componente presente en la solución es mayor que la suma de sus componentes puros Ejemplo: Tolueno - benceno
Solución ideal Solución no ideal
Desviación positiva
Desviación negativa
PT es mayor que la presiónque predice la ley de Raoult
PT es menor que la presión
que predice la ley de Raoult
FuerzaA-B
FuerzaA-A
FuerzaB-B< y
FuerzaA-B
Fuerza A-A
Fuerza B-B> y
Pre
sión
Pre
sión
Aparato de destilación fraccionada
Ascenso ebulloscópico
Recordemos que la Ley de Raoult establece que la disminución de la presión de vapor de una solución es siempre proporcional a la concentración de soluto.
Es importante tener presente que esto se debe aplicar a todas las temperaturas. Por lo tanto podemos esperar que la presión de vapor de una solución dada, sea proporcionalmente menor que la del solvente puro, para todas las temperaturas.
Por lo que cualquier disminución en la presión de vapor-al agregar un soluto no volátil, producirá un aumento en la temperatura de ebullición.
Se considera ascenso ebulloscópico a la diferencia entre la temperatura de ebullición de la solución y la del solvente puro.
Podemos escribir la ecuación del ascenso ebulloscópico molal, como:
T e = k e m
ke o Kb es la constante ebulloscópica y es característica de
cada solvente, no depende de la naturaleza del soluto.
m es la concentración molal del soluto.
Si queremos calcular la Temperatura de ebullición de una solución a la presión atmosférica :
T e = Tº + T e
Te = temperatura ebullición de la solución
T º = temperatura de ebullición del solvente puro
T e = ascenso ebulloscópico
acrioscópicteConsKK
soluciónladencongelaciódeaTemperaturT
purosolventedelncongelaciódeaTemperaturT
fc
c
c
tan
º
ccc TTT º
Disminución del punto de congelación
El punto de congelación de un líquido puro disminuye cuando se agrega un soluto y la temperatura de congelación de la solución de la solución depende en este caso de la cantidad del soluto.
ΔTc = Kc m
Datos típicos sobre Datos típicos sobre KKcc y y KKee
Presión osmótica ()La ósmosis es el paso selectivo de moléculas disolventes a través de una membrana porosa de una disolución diluida a una más concentrada. Una membrana del semipermeable permite el paso de moléculas del disolvente pero impide el paso de moléculas del soluto. Presión osmótica () es la presión requerida para detener la ósmosis
diluir másconcentrado
Presión osmótica
Membranasemipermeable
Presión osmótica
Para evitar el pasaje Para evitar el pasaje de solvente puro de solvente puro hacia la solución es hacia la solución es necesario aplicar una necesario aplicar una presión extra sobre la presión extra sobre la solución.solución.
La presión extra que La presión extra que debe aplicarse de debe aplicarse de denomina presión denomina presión osmótica p.osmótica p.
AltoP
BajoP
= MRTM es la molaridad de la disolución
R es la constante de gas
T es la temperatura (en K)
Transferencia neta del disolvente
Una célula en:
disolución isotónica
disoluciónhipotónica
disoluciónhipertónica
Moléculas de aguaMoléculas de soluto
Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos
0,1 m NaCl disolución 0,1 m Na+ + 0,1 m Cl-
Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas del soluto en la disolución y no de la naturaleza química de las partículas del soluto.0,1 m NaCl disolución 0,2 m iones en disolución
factor van’t Hoff(i) = número real de partículas en la disolución después de la disociación
número de unidades fórmula disueltas inicialmente en la disolución
No electrólitos
NaCl
CaCl2
i debe ser
1
2
3
Propiedadcoligativa
Solución de noelectrolito
Solución deelectrolito
Descenso de lapresión de vapor
P = (n2/n1 + n2)x P P = (n2 i /n1 + n2 i)x P
Descensocrioscópico
T = Kf x m T = Kf x m i
Ascensoebulloscópico
T = Ke x m T = Ke x m i
Presión osmótica = M R T = M i R T
Influencia del factor i de Van’t Hoff
Soluto Concentración de las soluciones
0,001 m 0,01 m
NaCl 1,97 1,94
MgSO4 1,82 1,53
K2SO4 2,84 2,69
AlCl3 3,82 3,36
Factor i de Van’t Hoff para distintos solutos en solución acuosa
Actividad acuosa
La actividad de agua (aw) indica la disponibilidad de agua en un determinado medio para las reacciones químicas – bioquímicas o para intercambiar a través de membranas semipermeables.
El valor oscila entre 0 y 1.
También se conoce a este coeficiente como agua libre, no ligada y aprovechable por los microorganismos y es un estado en el cual se encuentran libres las moléculas de agua, tal como la requieren los microorganismos para su mejor multiplicación.
0P
Paw
Es decir cuando disminuye el aw, se disminuye o paraliza el crecimiento de microorganismos a causa de la inhibición de la actividad enzimática.
Se puede definir el aw como la relación entre
la presión de vapor del sustrato alimenticio (o solución) y la presión de vapor del agua pura.
APLICACIONES DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS
Los fenómenos de desecación y liofilización en el laboratorio se ven favorecidos por la disminución de la presión de vapor. Si queremos desecar una solución, la colocamos en un ambiente cerrado al lado de otra solución que tenga una presión de vapor muy baja (agente desecante).
Como hay una tendencia a que ambas soluciones se equilibren, la solución evapora agua que se condensa sobre el agente desecante o es absorbida por este último.
Si quisiéramos que este proceso sea más rápido se puede aplicar vacío.
Es por ello que algunos autores la consideran la 5ta Propiedad Coligativa
Otros ej: Durante el invierno se esparce sal sobre las carreteras en las latitudes septentrionales, para evitar la formación de hielo.
Los químicos orgánicos pueden juzgar la pureza de un compuesto controlando su punto de fusión, que será menor que el normal, si contiene impurezas. Esto se usa en el laboratorio por ejemplo para evaluar la pureza del ácido acético.
El punto de congelación de la leche varía entre
(-0,53) y (-0,55ºC) y es muy constante.
Por lo que se recurre a la determinación del punto de congelación para comprobar si la leche ha sido aguada.
Una evidencia del agregado de agua a la leche
queda demostrado cuando se determina que el punto
de congelación de la leche está por encima de este
valor. (descenso crioscópico)
A veces es necesario disminuir la temperatura de congelación del agua, para lo cual se agregan solutos de baja masa molecular. Si recordamos lo visto anteriormente, más baja será la temperatura de congelación cuanto mayor sea la concentración del soluto (descenso crioscópico).
Este es el fundamento de la preparación de mezclas anticongelantes que pueden ser usadas en los radiadores de los autos o el uso de hielo y sal en las congeladoras de helados.