Disoluciones

M A E A u N R oE s q E o L o

2.1. Variación de la solubilidadcon la temperatura

página 65

I2.2. Variación de la solubilidad

con la presiónpágina 66

I2.3. Superando la solubilidad:

sobresaturaciónpágina 66

u

1.1. Las partes de una disoluciónpágina 60

1.2. Tipos de disolucionespágina 60

3. Concentración de una disoluciónpáginas 61/63

I1.4. El proceso de disolución

página 64

4.1. Presión de vaporde las disoluciones

página 68

I4.2. Punto de congelación

de las disolucionespágina 69

I4.3. Punto de ebullición

de las disolucionespágina 70

I4.4. Ósmosis

páginas 71/72

1. Disolucionespáginas 60/64

2. Solubilidadpáginas 65/66

3. Factores que favorecenla disolución de las sustancias

páginas 67

4. Propiedades coligativasde las disoluciones

páginas 68/72

5. Suspensiones y disolucionescoloidalespáginas 73/74

5.1. Suspensionespágina 73

I5.2. Disoluciones coloidales

páginas 73/74

3. Disoluciones El)

D Averigua la cantidad de agua que contiene la disolucióndel ejemplo anterior.

No es posible hallarlo con precisión, ya que necesitamosconocer la densidad de la disolución.

SOLUCIONES DE LRS RCTIVIDRDES DEL LIBRO DEL RLUMNO

Cuestiones previas (página 59)

1. ¿Qué se entiende por concentración de una disolución?

Se llama concentración de una disolución a la relación canti-dad de solutolcantidad de disolución o disolvente.

2. Una disolución de alcohol en agua es al 10 % en volumen,¿qué significa eso?

Que por cada 100 mL que se tomen de disolución hay 10 mLde soluto.

3. Calcula la concentración, en % en masa, de una disoluciónformada por 20 g de soluto y 180 g de disolvente.

(masa (g) de soluto )

Porcentaje en masa = d di I . , . 100 =masa (g) e ISO ucron

(20 9 )= -- . 100 = 10%200 9

4. ¿Es la disolución, un proceso físico o químico? ¿Por qué?

Se trata de un proceso físico ya que no hay cambio en la na-turaleza del soluto que se disuelve. Lo que sucede es que lasmoléculas de disolvente interaccionan con las de soluto has-ta envolverlas por completo, separándolas de su estructurainicial (si es que la tenían).

5. A presión normal, el agua pura hierve a 100°C y se congelaa O °C; ¿qué ocurre con esos puntos de ebullición y fusión siañadimos un poco de alcohol al agua?

Ocurrirá que las moléculas de alcohol interaccionarán con lasdel agua, dificultarán el paso de estas al estado de vapor y lospuntos de fusión y ebullición del agua cambiarán.

Actividades (páginas 61/73)

o Calcula la concentración, en porcentaje en masa, de la diso-lución obtenida al mezclar 10 g de carbonato de sodio con100 g de agua destilada.

(masa (g) de soluto )

Porcentaje en masa = l' 100 =masa (g) de diso ución

(10 9 )= -- . 100 = 9 1 %

110 9 r

D La densidad de 200 mL de disolución de yoduro de potasioen agua al 40 % es de 1,2 g/cm3; ¿qué cantidades de solutoy disolvente se hallan presentes?

Con la densidad hallamos la masa de disolución:

mp = \? m = pV = 240 9 de disolución

Se sustituyen los datos en la ecuación que define la concen-tración en porcentaje en masa:

(xgdesoluto )

40%= d d' lucí '100;x=96gdesoluto240 9 e ISO ucron

240 9 de disolución - 96 9 de soluto = 144 9 de disolvente

D Se desea preparar 600 mL de disolución de alcohol en aguaal 10 % en volumen. Calcula las cantidades de alcohol yagua destilada que deben mezclarse.

Establecemos la relación:

10 mL de alcohol x mL de alcohol

100 mL de disolución 600 mL de disolución

x = 60 mL de alcohol

Por tanto: 600 mL - 60 mL = 540 mL de agua.

G Químico

o Calcula la molaridad de la disolución obtenida al mezclar1S g de hidróxido de calcio, Ca(OHh, con el agua suficientehasta enrasar a 0,5 L.

M = !2.!. = \. . :r ... _. I = 04 rnol/LV - - , ,

D lm!J Se disuelven S mL de ácido nítrico comercial del 70 %Y de densidad 1,42 g/mL en agua destilada y posteriormen-te se completa con más agua destílada hasta formar 1 L dedisolución. Calcula la molaridad de la misma.

Con la densidad hallamos la masa de disolución:

m = pV; m = 1,42 g/mL· 5 mL = 7,1 9 de HN03 del 70%

La masa de HN03 puro será:

--,7,'-1....:::g_·_7_0100 = 4,97 9

La cantidad de HN03 en mol es:

4,97 9---1 = 0,08 mol

63 gimo

Así la molaridad es:

0,08 molM = = 0,08 rnol/L

1 L de disolución

D Determina la molalidad de:

a) Una disolución obtenida disolviendo 10 g de de hidróxidode sodio, NaOH, en 200 mL de agua.

b) Una disolución de KN03 al 20 %.

a) Cantidad de NaOH en mol:

10 9--= 0,25 mol40 9

Molalidad:

0,25 molm = = 1,25 mol/kg

0,2 kg de agua

b) Si es al 20 % es que hay 20 9 de KN03 (20 gil 01 g/mol == 0,2 mol) en 100 9 de disolución; es decir, mezclado con80 9 de agua. Por tanto:

0,2 molm = = 2,5 mol/kg

0,08 kg de agua

U Halla las fracciones molares de los componentes de unadisolución que se ha obtenido al disolver 2 g de hidróxidode sodio en 100 mL de agua.

Calculamos la cantidad, en mol, de soluto y disolvente:

2gn, = = 0,05 mol

40 g/mol

100 9nd = = 5,55 mol

18 g/mol

Ahora hallamos las fracciones molares:

0,05 molX, = = 0,0089

0,05 mol + 5,55 mol

5,55 molX = = 099

d 0,05 mol + 5,55 mol '

Esta última fracción molar también la podemos hallar así:

1 - 0,0089 = 0,99

bserva la figura 3.6 y contesta las siguientes preguntas:

'"120

:::>:? 110'"~ 100oo 90<='"e; 80'">Q; 70~'O~ 60'":::> 50sr~'"~ 40'5 30w-o

:§ 20~E

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100temperatura / O(

a) ¿Qué sustancia de las representadas muestra una eleva-da solubilidad?

b) ¿Qué sustancia de las representadas posee mayor varia-ción de su solubilidad con la temperatura?

e) ¿En qué sustancia de las representadas apenas cambiala solubilidad con la temperatura?

d} ¿Qué sucede con la solubilidad del carbonato de sodio(Na2C03) a partir de 35°C?

e) ¿Cuántos gramos de nitrato de potasio (KN03) puedendisolverse en 200 cm" de agua a 60°C?

a) NaCl03 b) KN03 e) NaCl

d) Se mantiene constante o, incluso, disminuye ligeramente.

e) Se observa que a 60°C se pueden disolver unos 95 g en100 crrr' de agua; entonces, en 200 cm! de agua se disol-verán 190 g.

Cuando se obtiene la precipitación del exceso de soluto só-lido en una disolución sobresaturada, el conjunto, líquido yprecipitado, ¿sigue siendo una disolución?

No, se trata de una mezcla heterogénea. Siseparamos el sólido,por ejemplo, filtrando, obtendríamos una disolución saturada.

¿Por qué ascienden burbujas de gas en las copas de cavarecién servidas (o, en general, las de cualquier bebida car-bónica)?

Porque disminuye la presión del gas en el seno de la disolu-ción (al pasar a la presión atmosférica, que es inferior a la delgas en la botella), como consecuencia, se reduce la solubili-dad de este en la misma. Entonces el gas tiende a escapar.

m ¿Por qué crees que se forman muchas más burbujas en lascopas de la cuestión anterior si agitamos el contenido conuna cucharilla?

Porque las disoluciones gaseosas adquieren fácilmente lacondición de sobresaturación y al agitar conseguimos que elexceso de gas escape.

W ¿Qué ocurrirá con la temperatura de ebullición de una diso-lución con respecto a la de su disolvente puro?

Un disolvente entra en ebullición cuando su presión de vaporiguala a la atmosférica (en recipientes abiertos). Imaginemosque eso sucede a una temperatura T. Al añadir un soluto novolátil a un disolvente, disminuye la presión de vapor de este;por ello, hay que calentar más (T' > Dhasta que la presión devapor de la disolución iguale a la atmosférica, momento en elque empezará a hervir (T').

rn Para secar antes tu bañador, ¿lo enjuagarías con agua dulceo salada? ¿Por qué?

En agua dulce, ya que es más volátil que el agua salada por-que las sales disueltas en el agua salada hacen disminuir lapresión de vapor del disolvente.

rn Calcula la K, de un disolvente sabiendo que al añadir 300 gde glucosa (C6H1206) a 1,5 L de disolvente se produce undescenso crioscópico de 2,06°C?

La masa molar de la glucosa es 180 g/mol. La cantidad de300 g

glucosa existente será = 1,67 mol.180 g/mol

La molalidad es:

m = 1,67 mo1/1,5 kg de agua = 1,11 mol/kg

t.t, 2,06°CM = K m' K = - = = 1 86°C kg/mol

e '" m 1,11 mol/kg r

ira Calcula la masa molecular de un alcohol sabiendo que unamezcla de 2 L de agua y 1/2 L de ese alcohol, del 96 % ydensidad de 0,8 q/crrr', produce un descenso crioscópicode 7,7 -c.Aplicamos la ecuación: t.t, = K,m; sustituimos valores:

1,86 °C kg/mol . n,7,7 °C = ;n, = 8,3 mal de alcohol

2 kg

Hallamos el n." de gramos de alcohol existente en el 1/2 L:

m = p . V = 0,8 q/crn" . 500 cm3= 400 g de alcohol al 96 %

400 g . 96/100 = 384 g de alcohol puro

masaComo n, = =>

masa molarmasa 384 g

=> masa molar = -- = --- = 46 g/moln, 8,3 mol

Por tanto, la masa molecular será: 46

W ¿Por qué cuando hace mucho frío se echa sal sobre las pla-cas de hielo formadas en calles y carreteras? Puedes utilizarInternet para comprobar tu respuesta.

La sal es muy soluble en agua y parte de ella comienza a di-solverse en el agua que moja al hielo, formándose una disolu-ción saturada que, por su menor presión de vapor, no puedeestar en equilibrio con el hielo. Entonces se funde hielo paradiluir la disolución (como la fusión necesita consumir energía,la temperatura desciende); al derretirse más hielo, se disuelvemás sal y se alcanza la saturación, con lo que el proceso vuel-ve a repetirse. De esta forma, la sal va fundiendo el hielo. Parauna concentración de sal de 22,4 %, la temperatura puededescender hasta - 21°C.

lE Calcula el ascenso ebulloscópico que sufre 1 kg de aguacuando se disuelve en él 342 g de sacarosa (C12H22011).

Hallamos la masa molar del azúcar: 342 g/mol. Como la canti-dad disuelta ha sido de 342 g; se ha disuelto 1 mol de sacarosa.

Sustituimos en la ecuación:

0,52 C kg/mol 1 molM K M = 052°Ce = em; e = 1 kg t

W ¿Se daría el mismo ascenso ebulloscópico que en la acti-vidad anterior, si, en 1 kg de agua, se disuelve 1 mol deglucosa (C6H1206)? ¿V 1 mol de urea (CON2H4)?

Sí,ya que como en los tres casos se trata de 1 mol de soluto, yhay la misma cantidad de disolvente y este es el mismo, el resul-tado de la ecuación es idéntico en los tres casos. Por tanto,la propiedad coligativa no depende de la naturaleza del solutosino de su concentración (como ya se explicó en el Libro delalumno).

3. Disoluciones G

~ ¿A qué temperatura hierve una disolución formada por 9,2gde glicerina (C3Hs03)y 100 g de agua (a presión norma!)?

Hallamos la masa molar del soluto: 92 g/mol. Como lacantidad disuelta ha sido de 9,2 g; se ha disuelto 0,1 mol deglicerina.

Sustituimos en la ecuación:

_ • A _ 0,52 DCkg/mol· 0,1 mol _ D!1t. - K.m, ute - k - 0,52 C

0,1 9

Como !1t. = t'- t. ~ t'= !1t. + t. = 100 DC+ 0,52 DC== 100,52 °C

rn Trata de explicar por qué la presión osmótica aumenta alincrementarse la temperatura de la disolución.

La causa es que afecta al número de colisiones por unidad detiempo del disolvente con la membrana semipermeable. Unaumento de temperatura incrementa el número de colisionesy, por tanto, la presión.

fE ¿Por qué las inyecciones intravenosas deben ser isotónicas(esto es, tienen la misma presión osmótica) con el suerosanguíneo?

Si la presión osmótica de la inyección fuese inferior, los gló-bulos rojos se hincharían al pasar agua a su interior por ós-mosis y podrían estallar (hemólisis). Si fueran las inyeccioneshipertónicas, los glóbulos rojos se arrugarían (plasmólisis), alsalir agua de su interior.

rn Clasifica los siguientes sistemas como suspensiones, diso-luciones coloidales o disoluciones verdaderas: pegamento,zumo de frutas, espuma de cerveza, crema batida, calimaatmosférica, agua marina, refresco transparente, queso,gelatina, agua y alcohol, tinta china, barro.

Suspensiones: zumo de frutas, calima atmosférica y barro.

Disoluciones coloidales: (del griego koll/a, pegamento, yeid/es, con aspecto de) pegamento, espuma de cerveza, cre-ma batida, queso, gelatina, tinta china.

Disoluciones verdaderas: agua marina, refresco transparenteyagua con alcohol.

Cuestiones y problemas (páginas 78/79)

Disolución. Tipos de disoluciones

o Explica las diferencias entre soluto, disolvente, disolución yconcentración de una disolución.

Una disolución verdadera es una mezcla homogénea desustancias puras donde las partículas disueltas son iones,moléculas aisladas o agrupaciones muy pequeñas de ellos,por lo que no sedimentan aunque empleemos potentesmáquinas centrifugadoras. El disolvente es el medio en elcual los solutos se disuelven. Los solutos suelen ser iones omoléculas y, frecuentemente, se encuentran en proporciónmenor que el disolvente. Se llama concentración de una diso-lución a la relación existente entre la cantidad de soluto y lacantidad de disolvente o disolución.

o ¿Existe alguna disolución donde el disolvente sea gaseoso,y el soluto, sólido o líquido? Si es así, pon un ejemplo.

Solo lo cumplen las disoluciones coloidales. Las partículas dela fase dispersa (similar al soluto en las disoluciones) son bas-tante pequeñas, por lo que la precipitación es despreciable;sin embargo, son bastante grandes como para que dispersenla luz al atravesar el coloide. Ejemplos de estas disolucionesson la niebla, el humo, los virus o el polvo en el aire ...

e Ouímico

Concentración de una disoluciónD Define molaridad y molalidad.

La molaridad de una disolución expresa los moles de solutoexistentes en 1 L de disolución. La molalidad expresa losmoles de soluto existentes en 1 kg de disolvente.

El ¿Por qué la fracción molar no tiene unidades?

Porque las unidades del numerador y las del denominadorson las mismas.

o Se disuelven 10 g de sacarosa en 250 g de agua. Indica laconcentración de la disolución en:

a) masa (g) soluto/1 00 g de disolvente

b) masa (g) soluto/l 00 g de disolución

lag de soluto x 9 de solutoa) - ----='----,-----,---

250 9 de disolvente 100 9 de disolvente

x = 4 9 de solutolag de soluto x 9 de soluto

b) 260 9 de disolución 100 9 de disolución

x = 3,85 9 de soluto

D tm El agua de mar contiene un 2,8 % de cloruro de sodio(NaCl) y tiene una densidad de 1,02 q/cm" a una cierta tem-peratura. Calcula el volumen de agua de mar necesario paraobtener 1 kg de NaCl.

Establecemos la relación:

2,8 9 de NaCl = 1000 9 de NaCl100 9 de disolución x 9 de disolución

x = 35714,3 9 de disolución

m 35714,3g 3V = -; V = = 35014 cm = 35 L

P 1,02 g/cm3

D Se prepara una disolución con 5 g de hidróxido de sodio(NaOH) en 25 g de agua destilada. Si el volumen final es de27,1 cm', calcula la concentración de la disolución en:

a) Porcentaje en masa. e) Molaridad.

b) Masa (g) por litro. d) Molalidad.

a) Concentración en porcentaje (%) en masa =

5 9 de soluto-----"-----. 100 = 16,7%30 9 de disolución

b) Concentración en g/L=

5 9 de soluto---=------ = 184,5 gil0,027 1 L de disolución

e) Hallamos, primero, 105 moles:

5 9 de soluto In = = 0,125 mo

40 g/moln, 0,125 mol

M= =--~---V (L) de disolución 0,027 1 L de disolución

= 4,6 mol/L

n,d) Molalidad: m = masa (kg) de disolvente

0,125 mol = 5 mol/kg0,025 kg de disolvente

III Calcula la fracción molar del soluto del problema anterior.

XNaOH = nNaOH

. Calculamos los moles de soluto y disol-nNaOH + nagua

vente: nNaOH = 0,125 mol y nagua = 1,389 mol.

Sustituimos en la expresión de la fracción molar:

0,125 mol 0,125 molX = = = 0083

NaOH 0,125 mol + 1,389 mol 1,514 mol '

En 100 cm" de una disolución de ácido clorhídrico (HC!) hay6 g de dicho ácido. Determina:

aJ La cantidad de esta sustancia en mal.

b) La molaridad de la disolución.

6ga) nHC1 = = 0,16 mol

36,5 g/mol

0,16 molb) M = = 1,6 mol/L

0,1 L

Halla la cantidad, en gramos, de nitrato de potasio (KN03) yagua destilada necesarios para preparar 250 crrr' de disolu-ción al20 %. La densidad de la disolución es 1,2 q/cm",

Sabemos que m = pV; m = 1,2 q/crrr' . 250 crrr' = 300 9 dedisolución. Si la disolución es al 20% y deseamos averiguarlos gramos de ácido nítrico, aplicamos la siguiente relación:

20 9 de soluto x 9 de soluto100 9 de disolución 300 9 de disolución

x = 60 9 de KN03

Por tanto, 240 9 son de agua destilada.

¿Qué cantidad de ácido sulfúrico (H2SO.) puro hay conteni-da en 100 cm' de disolución 0,2 M de dicho ácido?

nSabemos que M = \/; despejando n y sustituyendo valores,tenemos:

n = MV = 0,2 mol/L . 0,1 L = 0,02 mol de H2SO.

Como:

1 mol de H2S04

98 9 de H2S04

0,02 mol de H2S04

x 9 de H2SO.

Entonces:

x = 1,96 9 de H2S04

iD Para preparar la disolución del problema anterior disponía-mos de H2S04 comercial al 96 % Y densidad 1,84 q/cm",Calcula el volumen de ácido que hubo que incluir paraobtener los 100 cm" de disolución 0,2 M.

Si el ácido es del 96 %, por cada 100 9 de ácido comercial,96 9 son de H2S04; por tanto: x 9 de ácido comercial conten-drán 1,96 9 puros. Si resolvemos la relación:

x = 2,04 9 de ácido comercial

Así:

m ~04g 3V=-;V= = 1,1 cm

p 1,84 q/crrr'

rn Partiendo de una disolución 2 M de ácido nítrico (HN03),

indica cómo prepararías 1 L de otra disolución del mismoácido, pero de concentración 1 M.

Si se desea preparar 1 L de disolución 1 M, son necesarios:

n = MV = 1 mol/L . 1 L = 1 mol

Al disponer de otra disolución 2 M, debemos sacar un volu-men de:

n 1 molV=-= =05L

M 2 mol/L '

Este volumen lo echaríamos en un matraz aforado de 1 L Ycompletaríamos con agua destilada (1/2 L).

W [PJJJ Tomamos 10 rnL de ácido sulfúrico (H2SO.) comercialal 96 % Y de densidad 1,84 q/crn" y lo añadimos, con pre-caución, a un matraz de 1/2 L lleno hasta la mitad de aguadestilada. Agitamos y añadimos más agua destilada hastael nivel de 1/2 L.lndica la molaridad y la molalidad de la di-solución así preparada.

Transformamos los 10 mL de ácido comercial en gramos:

m = pV; m = 1,84 q/cm' . 10 cm' = 18,4 9 de ácido comercial

Para calcular los gramos de ácido puro, hallamos el 96 OJo deesa cantidad:

9618,4 9 . -- = 17,66 9 de H2SO. puro

100

Los moles serán:

17,66 9n = = 0,18 mol

98 g/molEntonces:

n 0,18 mol• M=-= =036mol/L

V 0,5 L r

n, 0,18 mol• m = = 0,37 mol/kg

masa (kg) de disolvente 0,49 kg

rn [PJJJ Queremos preparar 2 L de disolución de ácido clorhí-drico (HCI) 0,5 M. Calcula el volumen de HCI comercialal 37,5 % Y densidad 1,19 g/cm3 que debemos añadir almatraz aforado, así como la cantidad de agua destiladanecesaria para completar el volumen de disolución.

Calculamos los moles de HCI necesarios:

n = MV = 0,5 mol/L . 2 L = 1 mol

Calculamos los gramos de HCI necesarios:

1 mol = 36,5 9Como el HCIdisponible es del 37,5 %, tendremos:

10036,5 . -- = 97,3 9 de ácido comercial

37,5Pasadosa unidades de volumen:

V=m= 97,3g = 81,8cm3

p 1,19 g/cm3

La cantidad de agua destilada necesaria para completar elvolumen de disolución será:

2000 cm' - 81,8 cm' = 1918,2 cm"

iIil [PJJJ Mezclamos 400 mL de una disolución 0,5 M de amo-níaco (NH3) con 100 mL de una disolución 2 M de la mismasustancia. ¿Qué concentración en molaridad tendrá la diso-lución resultante?

Calculamos los moles existentes en cada una de las disolucio-nes y sumamos:

n, = M, V, = 0,5 mol/L . 0,4 L = 0,2 mol de NH3

n2 = M2V2 = 2 mol/L· 0,1 L = 0,2 mol de NH3

entonces:

n, + n2 = 0,4 mol de NH3

La molaridad es:n 0,4 mol

M=-=---=08MV 0,5 L '

El proceso de disoluciónrn Explica el proceso por el cual los solutos se disuelven en

los disolventes.

El proceso de disolución sucede cuando las atraccionessoluto-soluto y las disolvente-disolvente son relativamentepequeñas, y las atracciones disolvente-soluto, relativamentegrandes. Solo así las partículas de soluto abandonarán susposiciones más o menos fijas en sus antiguas estructuras y seincorporarán a la disolución.

iIll ¿Cuál es la diferencia entre solvatación e hidratación?

El proceso de disolución se llama solvatación cuando el disol-vente no es el agua, e hidratación si el disolvente es el agua.

3. Disoluciones G

~

rn ¿Por qué, en general, los líquidos y los gases se disuelvenmejor que los sólidos?

Las interacciones soluto-soluto son más fuertes en los sólidosque en los líquidos y gases, y estas interacciones pueden lle-var al soluto hidratado, si es sólido, a la fase cristalina, por loque los sólidos se disuelven peor.

fE ¿Cuáles de las tres interacciones (soluto-soluto, disolvente-disolvente y soluto-disolvente) son más determinantespara realizar las siguientes operaciones?

a) Disolver un sólido en un disolvente líquido.

b) Disolver un líquido en un disolvente líquido.

e) Disolver un gas en un disolvente líquido.

a) Las interacciones soluto-soluto.

b) Las interacciones soluto-disolvente.

e) Las interacciones soluto-disolvente.

Solubilidad

W Define solubilidad e indica sus unidades.

Se denomina solubilidad de una sustancia en un determina-do disolvente y a una determinada temperatura a la concen-tración de su disolución saturada. Es decir, representa lamáxima cantidad de soluto que, a una determinada tempera-tura, puede disolverse en una cantidad fija de disolvente. Lasolubilidad suele expresarse en masa (g) de soluto/l 00 g dedisolvente, o en masa (g) de soluto/l L de disolvente.

rn Indica qué factores hacen variar la solubilidad de una sus-tancia.

La temperatura (para solutos sólidos, líquidos y gaseosos) y lapresión (para solutos gaseosos).

rn ¿Cómo se puede preparar una disolución para que se con-sidere sobresaturada?

Saturando una disolución a una determinada temperatura ydespués disminuyendo esta (en los casos de solutos cuya solu-bilidad aumenta con la temperatura). También, saturando unadisolución y evaporando, a continuación, parte del disolvente.

fE ¿Por qué, al preparar una disolución, conviene pulverizar elsoluto y agitarlo en el seno de la misma?

Para que se disuelva antes, ya que al pulverizar aumenta elárea superficial del soluto y, por tanto, se eleva el número deiones o moléculas de disolvente que entran en contacto ycolisionan con él; al agitar, impedimos que la disolución sesature alrededor de los cristales de soluto.

rn Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: «A tempe-ratura ambiente, no hay límite para la cantidad de sal quese puede disolver en un litro de agua».

Esfalsa, dado que sí existe límite en la cantidad de soluto queun disolvente puede admitir.

ga Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: «Cuandouna disolución alcanza la saturación, no puede disolversemás soluto en esa cantidad de disolvente».

Esfalsa, ya que depende de la temperatura y, si el soluto esun gas, también de la presión.

fE Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: «Unadisolución puede ser saturada y diluida al mismo tiempo».

Si definimos disolución diluida como aquella que se encuen-tra lejos de la saturación, entonces la afirmación sería falsa.Pero si la definimos como la que contiene muy poco solutorespecto a la cantidad existente de disolvente, entonces po-dría ser cierta si el soluto es poco soluble en el disolvente.

G Ouímico

~ Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: «Unadisolución saturada es aquella que contiene la mayorcantidad posible de soluto»,

No es del todo correcta, pues falta especificar: a una determi-nada temperatura.

g¡J Cuando el aire está saturado de vapor de agua, se dice que lahumedad relativa es del 1000/0.¿A qué se debe la sensaciónde malestar (calor pegajoso) que experimentamos en un díacaluroso con una humedad relativa cercana a11000/0?

La evaporación del sudor consume calor de la superficie denuestro cuerpo y produce enfriamiento. Si el aire está satura-do de vapor de agua, difícilmente se producirá la evapora-ción del sudor, con lo que notamos una «atmósfera pesada».

g¡J ¿Cómo explicas la sensación de alivio producida por unventilador en un día asfixiante de verano?

El aire en contacto con nuestra piel rápidamente se satura dehumedad y, en consecuencia, la evaporación se paraliza. Elventilador reparte la humedad por toda la habitación y resta-blece la evaporación del sudor.

rn El fenómeno de El Niño es una corriente marina cálida en elocéano Pacífico. Una de sus consecuencias al llegar a lascostas peruanas, zona de aguas frías y pobladas de peces,es que las embarcaciones que allí faenan izan sus redesvacías de peces. ¿A qué crees que se debe esto?

La ausencia de peces se debe a que, al aumentar la tempera-tura, disminuye la solubilidad del oxígeno disuelto en ella.

rn Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: «Aunquese lo considera como una impureza del aire, sin el polvo nohabría nubes ni lluvia».

Verdadera. Las partículas de polvo sirven de «semillas» parala condensación del vapor de agua. Sin el polvo, cuando el ai-re se sobresatura de vapor de agua, esta se depositaría sobrela superficie de cualquier objeto.

m Indica en cuál de estas dos situaciones resulta un café másdulce y por qué:

a) En un café frío añadimos un terrón de azúcar y no agi-tamos.

b) En un café caliente añadimos azúcar en polvo y agitamos.

Un café resultará más dulce siempre en la situación b), ya queel calor aumenta la solubilidad del azúcar. Al triturar el azúcary al agitar, lo que hacemos es aumentar la velocidad de diso-lución, pero no la solubilidad del azúcar.

Propiedades coligativas

rn ¿Cuál es la causa por la que disminuye la presión de vaporde una disolución con respecto a la del disolvente puro?

Las moléculas de soluto, al ocupar un lugar entre las deldisolvente, dificultan el escape al estado gaseoso de lasmoléculas del disolvente. Entonces, la presión de vapor deeste disminuye. La expresión que indica cuantitativa menteesta variación es la ley de Raoult.

W ¿Cuál es la causa por la que disminuye el punto de congela-ción o aumenta el de ebullición de una disolución con res-pecto a su disolvente puro?

La causa por la que disminuye el punto de congelación es eldescenso de la presión de vapor del disolvente como conse-cuencia de añadir un soluto. Por ello, hay que enfriar más(I' > n para que la presión de vapor iguale a la de la fasesólida (descenso crioscópico). y hay que calentar más (I' <npara que la presión de vapor de la disolución iguale a laatmosférica (ascenso ebulloscópico).

Define ósmosis y presión osmótica.

Ósmosis es el paso de disolvente, a través de una membranasemipermeable, desde la disolución menos concentrada a lamás concentrada hasta que las dos disoluciones equilibransus concentraciones.

La presión osmótica, TI, es la presión que habría que ejercersobre la disolución más concentrada para impedir el procesode ósmosis.

¿Qué son disoluciones isotónicas?

Son las que tienen la misma presión osmótica.

!;.. Indica un procedimiento para conocer la masa molar deuna sustancia no iónica.

Conociendo que el descenso crioscópico de una disoluciónformada por o 9 de soluto disueltos en b kg de disolvente es:

KenM =Km=-e e b

Se hallaría n, los moles, y luego calcularíamos la masa molarcon la relación:

og

n mol

xg

1 mol

donde la masa molar es igual a x q/rnol,

De forma parecida lo resolveríamos si conociéramos el ascensoebulloscópico. Conociendo la presión osmótica, que es la pro-piedad coligativa más fácil de medir, incluso con cantidadesmuy pequeñas de soluto, hallaríamos n aplicando la ecuaciónpV = nRT, y luego seguiríamos como se ha indicado en los otrosdos procedimientos.

• Si dejamos dos botellas de bebidas refrescantes, una en-dulzada con sacarosa y la otra con edulcorante artificial, ala intemperie en un día de invierno en el que hace una tem-peratura algo inferior a O °C, comprobamos que al cabo deun tiempo la que tiene sacarosa aún está líquida y la otracongelada. ¿Por qué sucede esto?

Sucede porque los edulcorantes artificiales son solutos ióni-cos y no actúan como disoluciones ideales; por lo tanto, eldescenso crioscópico es poco acusado (la asociación iónicaes mayor y se reduce la molalidad efectiva).

~ ¿Qué disolvente de los que figuran en la tabla 3.4 sería elideal para determinar la masa molar de una sustancia porcrioscopia? Dato: la sustancia es soluble en todos ellos.

Temperatura K,Disolvente decongelación(Oe kg/mol)

(Oe al atm)

I Agua O 1,86

I Ácidoacético 16,6 3,90

I Benceno 5,5 5,12

I Ciclohexano 6,5 20,20

El ciclohexano, por tener una K, alta. Efectivamente, comollte = Kem, si Ke es alta, llte es también alto y existirá menoserror en su medida.

ni ¿Qué pasaría si se regara con agua salada una planta culti-vada en maceta?

La planta se volvería mustia, porque, por ósmosis, el agua dela misma saldría al exterior donde hay una disolución másconcentrada (en sal).

rn ¿Por qué se hinchan las uvas pasas al meterlas en agua?

Se hinchan debido al fenómeno de ósmosis.

ii.'m] Teniendo en cuenta que la congelación de un líquido seproduce cuando su presión de vapor se hace igual que ladel sólido, ¿qué crees que ocurrirá con la temperatura decongelación de la disolución con respecto a la del disolventepuro?

Cuando se disuelve un soluto no volátil en un disolvente dis-minuye la presión de vapor del disolvente; por tanto, debe-mos enfriar más la disolución hasta conseguir que la presiónde vapor del líquido iguale a la del sólido y aquel se congele.

rn Calcula la temperatura de congelación de una disoluciónformada por 9,5 g de etilenglicol (anticongelante usado enlos automóviles de fórmula CH20H-CH20H) y 20 g deagua.

La masa molar del etilenglicol es de 62 g/mol.

9,5 9Los moles existentes son = 0,153 rnol,

62 g/mol

0,153 molLa molalidad: m = = 7,65 mol/kg

0,02 kg de agua

Entonces:

Me = K¿ m = 1,86 °C kg/mol . 7,65 mol/kg = 14,25 °C

Sabiendo que te - r' = 14,25 °C, podemos obtener 1':

l' = te - 14,25 °C = ° °C - 14,25 °C = -14,25 °C

rn Determina la temperatura de ebullición de la disolucióndel problema anterior.

El ascenso ebulloscópico es:

Me = Ke m = 0,52 °C kg/mol . 7,65 mol/kg = 3,98°C

Sabiendo que l' - 100 = 3,98 "C, entonces, l' = 103, 98 "C.

Uil Se disuelven 2,3 9 de un hidrocarburo no volátil en 97,7 gde benceno (C6H6). La presión de vapor de la disolución a20 "C es de 73,62 mmHg, y la del benceno es 74,66 mmHg.Halla la masa molar del hidrocarburo.

Aplicamos la ley de Raoult: pO - p' = pOXs'

74,66 mmHg - 73,62 mmHg =

2,3 9masa molar

= 74,66 mmHg . ---------2,3 9 97,7 9-_~~_+-_~-

masa molar 78 g/mol

masa molar = 129,6 g/mol

rn Suponiendo un comportamiento ideal, ¿cuál sería la pre-sión de vapor de la disolución obtenida al mezclar 500 mLde agua y 90 g de glucosa (e6H1206) si la presión de vapordel agua a la temperatura de la mezcla es de 55,3 mmHg?

Aplicamos la ley de Raoult: po - p' = pOXs'

2,3 9

180 g/mol55,3 mmHg - p' = 55,3 . --_~_---

90 9 + _5_00---"'-g_180 g/mol 18 g/mol

p' = 54,32 mmHg

m Averigua cuál será el punto de ebullición de una disoluciónque contiene 10,83 g de un compuesto orgánico de masamolar 120 g/mol disuelto en 250 9 de ácido acético.

Datos: Ke (ácido acético) = 3,07°e kg/mol; te (ácido acético) = .= 118°e

El ascenso ebulloscópico es llte = Kem. Sustituimos valores:

10,83 9

120g/mol

0,25 kgl' - 118°C = 3,07 °C kg/mol .

Realizando operaciones: l' = 119,11 "C.

3. Disoluciones G

m Un compuesto desconocido contiene 43,2 % de carbono,16,6 % de nitrógeno, 2,4 % de hidrógeno y 37,8 % de oxí-geno. La adición de 6,45 9 de esa sustancia en 50 mL debenceno (C6H6), cuya densidad es 0,88 g/cm3,hace bajar elpunto de congelación del benceno de 5,51 °C a 1,25 0C.¿Cuál es la fórmula molecular de este compuesto?

Dato: Kc (benceno) = 5,02°C kg/mol

Hallamos la fórmula empírica y, para ello primero, calculamoslos moles de átomos de cada elemento:

43,2 g---=-- = 3,6 mol de carbono12 g/mol16,6g---'--=-- = 1,186 mol de nitrógeno

14 g/mol2,4g

-----'''-- = 2,4 mol de hidrógeno1 g/mol

37,8 9----'--"-- = 2,4 mol de oxígeno16 g/mol

Al dividir cada uno de los moles entre 1,186 (el valor menor), te-nemos esta otra relación de números enteros: 3 mol de carbono,1 mol de nitrógeno, 2 mol de hidrógeno y 2 mol de oxígeno. Lafórmula empírica es C3N02H2,y su masa molar, de 84 g/mol.

Hallamos la masa molar del compuesto mediante la expre-sión !1tc = Kc m. Sustituimos valores:

5,51 °C - 1,25 °C =

6,45 9masa molar

= 5,02 °C kg/mol ----------:---0,88 g/mL . 50 mL . 10 3 kg/g

masa molar = 173 g/mol

Dividiendo ambas masas molares, observamos que la fórmu-la molecular es dos veces superior a la empírica; por tanto, lafórmula molecular del compuesto desconocido es C6N204H4•

~ Si añadimos 12,5 9 de una sustancia no iónica a 100 cm"de agua, a 25 0(, la presión de vapor desciende desde23,8 mmHg hasta 23,0 mmHg. Calcula la masa molar de lasustancia.

Aplicamos la ley de Raoult:!1p = pOX,. Despejamos la fracciónmolar:

p" _ P 23,8 mmHg - 23,0 mmHgX, = -- = = 0,034

pO 23,8 mmHg

Calculamos los moles de agua:

100 9nagua = I = 5,6 mol de agua

18 g/m oCalculamos los moles de sustancia, aplicando la expresión dela fracción molar:

n,X, = 0,034 = ----=.-n, + 5,6

n, = 0,2 mol de sustancia

Hallamos la masa molar de la sustancia:

12,5 9 x 9--- = --; x = 62,5 90,2 mol 1 mol

Así, la masa molar es 62,5 g/mol.

W La presión osmótica de una disolución, a 20 0(, es 4,2 atm.¿Qué presión osmótica tendrá a 50 DC?

Dividiendo las dos expresiones de presión osmótica, tenemos:

'lT¡ cRT¡----'lT2 cRT2

Sustituyendo valores y despejando:4,2 atm 293 K--- = --; 'lT2 = 4,6 atm

'lT2 323 K

G Químico

ffi A 37 °C, el plasma sanguíneo, isotónico con sus glóbulosrojos, tiene una concentración 0,3 M. Si lo introducimos enun suero salino hipotónico, de concentración 0,2 M, ¿quées lo que sucederá?

La diferencia entre las dos presiones osmóticas es:

!1'lT= MRT = 0,1 mol/L . 0,082 atm L/mol K . 310 K = 2,5 atm

La presión osmótica del suero es 2,5 atm inferior a la de losglóbulos rojos. Entonces pasará agua al interior del glóbulorojo a través de la membrana celular, con lo que puede estallar.

rn Una muestra de 2 9 de un compuesto orgánico disuelto en100 cm" de disolución se encuentra a una presión de 1,31atrn, en el equilibrio osmótico. Sabiendo que la disoluciónestá a O °C, calcula la masa molar del compuesto orgánico.

Aplicamos la expresión de la presión osmótica:n

rr = MRT= -RTV

de donde:'lTV 1,31 atm' 0,1 L

n=-=RT 0,082 atm L/mol K . 273 K

= 5,85 . 10-3 mol

Hallamos la masa molar del compuesto orgánico sabiendoque:

masa (g) del compuestomasa molar = ---=--'-----'---

moles del mismo2g

5,85 . 10-3 mol

masa molar = 342 g/mol

lilE Se quiere saber la fórmula molecular de un líquido con res-pecto al cual se ha comprobado lo siguiente: «una disolu-ción acuosa formada por 2,02 g del mismo en 1 L de disolu-ción ejerce una presión osmótica de 800 mmHg a unatemperatura de 20°C. Además, la combustión de 2,350 gde ese compuesto ha producido 2,248 9 de CO2 y 0,920 gde H20». Calcula su fórmula molecular.

Aplicamos la ecuación de la presión osmótica:

'lTV=nRT

de donde:'lTV (800/760) atm . 1 L

n = - = = 0,044 molRT 0,082 atm Umol K . 293 K

Calculamos la masa molar con la siguiente relación:

2,02 9 xg---=--=--'x= 459g0,044 mol 1 mol ' ,

Entonces, la masa molecular será 45,9 u.

Hallamos las cantidades de C, H y O. Para ello, establecemoslas siguientes relaciones:

44 9 de CO2 2,248 9 de CO2

12 9 de C x 9 de C

x = 0,613 9 de C

18 9 de Hp _ 0,920 9 de H202 9 de H yg de H

y = 0,102 g de H

masa (g) de oxígeno = 2,350 9 de compuesto - (0,613 ++ 0,102) g de carbono e hidrógeno = 1,635 9 de oxígeno

Hallamos los moles de átomos de cada elemento:

0,613 9 de Cd

= 0,051 mol de átomos de C12 g/mol e C

0,102 g de HI = 0,102 mol de átomos de H

1 gImo de H

1,635 g de O--~I-d"--- = 0,102 mol de átomos de O16 gImo e O

Dividiendo entre el menor:

0,051 = 10,051

0,102 = 20,051

0,102 = 20,051

Evaluación (página80)

-ala la respuesta correcta en cada uno de los ejercicios:

Las partículas que forman una disolución:

a) Se pueden ver a través del microscopio.

b) Sedimentan al centrifugar la disolución.

e) Atraviesan todos los filtros.

Una disolución al 15 % en volumen, de etanol en agua,contiene:

a) Por cada 100 9 de disolución, 15 9 de etanol.

b) Por cada 100 mL de agua, 15 mL de etanol.

e) Por cada 100 mL de disolución, 15 mL de etanol.

3. Una disolución acuosa de KOH 0,5 M,contiene:

a) En 0,5 L de disolución, 28 g de KOH

b) En 1 L de disolución, 28 g de KOH

e) En 0,5 L de disolución, 56 9 de KOH

Una disolución 2 molal contiene 1 mol de soluto en:

a) 500 9 de disolvente.

b) 500 cm" de disolución.

e) 500 cm' de disolvente.

S. La fracción molar de 5 9 de NaOH disueltos en 180 mL deagua destilada es:

a) 1 b) 0,98 ~ e) 0,01

6 A 950 mL de agua se le añade 50 mL de ácido clorhídricodel 37,5 % Y densidad de 1,19 g/mL, entonces la molaridadde esta disolución es de:

a) 0,5 M ~ b) 0,6 M e) 0,7 M

La fórmula empírica es (CHP2)n,y como:45,9 g/mol---'---"'---= 146 g/mol

entonces, la fórmula molecular es CH202•

7. La solubilidad de muchas sustancias sólidas:

a) Depende de la temperatura y de la presión.

b) Depende de lo que se agite.

~ e) Depende de la temperatura.

S. Al añadir azúcar al agua pura:

a) El agua se congela a más de ° "C.~ b) Disminuye la presión de vapor del agua.

e) Se favorece la evaporación del agua.

9. El punto de ebullición del agua del grifo:

a) Es 100°C a la presión de 1 atm.

b) Es inferior al del agua destilada.

~ e) Essuperior al del agua destilada.

10. Una membrana semipermeable separa dos disoluciones:una formada por 0,01 mol de un soluto no iónico disuel-to en 1/2 L de disolución y otra formada por 0,01 mol deotro soluto distinto, no iónico y disuelto en 1/2 L de diso-lución. En esta situación:

~ a) No aumenta el volumen de disolución en ninguno delos lados.

b) La presión osmótica a 20 O( es de 0,48 atm.

e) Se pueden hallar las masas molares de cada soluto.

3. Disoluciones _