TEORÍAS QUÍMICAS II

JULIE GESSELLE BENAVIDES MELO

1

CLASE. Soluciones y propiedades coligativas

CONCEPTOS PREVIOS:

Los conceptos básicos y fundamentales para el proceso de aprendizaje de los núcleos

problemáticos que se plantean para este seminario son: Estructura de la materia, átomo,

molécula, masa atómica y masa molecular; propiedades periódicas, enlace químico, reacción

química,

NÚCLEO PROBLEMA I: ESTADOS DE AGREGACIÓN

Preguntas orientadoras:

¿Qué condiciones debe presentar la materia para presentarse en diferentes estados de

agregación?

¿Cuáles son las propiedades que diferencian un sólido de un líquido y de un gas?

¿Qué condiciones debe reunir un gas para considerarse un gas ideal?

¿Qué relación existe entre el trabajo sobre gases y el desarrollo de la teoría cinética y la

teoría atómica?

Áreas Temáticas

Propiedades de los gases, Leyes, Ecuación de estado, Teoría cinética, volúmenes de gases,

velocidades moleculares.

Líquidos: fuerzas de atracción, presión de vapor, punto de ebullición, tensión superficial,

viscosidad.

Sólidos: estructura cristalina, puntos de fusión, presión de vapor.

2

NÚCLEO PROBLEMA II : ESTEQUIOMETRÍA

Preguntas orientadoras:

¿Cuál es el origen epistemológico del número de Avogadro y del concepto de

mol?

¿Basados en los símbolos químicos, cómo se puede describir la composición

atómica de los compuestos?

¿Cómo se representan las reacciones químicas a través del lenguaje químico?

¿Cómo se relaciona la ley de conservación de la masa con la estequiometria?

Áreas Temáticas

Fórmulas y nomenclatura

Composición porcentual de los compuestos

Ecuaciones químicas

Ley de conservación de la masa.

Número de Avogadro y concepto de mol

Relaciones estequiométricas.3

NÚCLEO PROBLEMA III : REACCIONES EN SOLUCIÓN

Preguntas orientadoras:

¿Qué argumentos plantea para justificar la clasificación de las reacciones

químicas?

¿Cómo explica la composición de los compuestos y la manera como

cambian cuando reaccionan con otros?

¿Cómo explica que unos compuestos cuando interactúan con otros no

reaccionen químicamente? Qué clase de fenómeno se produce?

¿Por qué razón todos los compuestos no se disuelven en todos los

solventes?

Áreas Temáticas

Reacciones químicas y su clasificación.

Solubilidad, naturaleza de las soluciones

Efectos de la temperatura y la presión en la solubilidad.

Propiedades coligativas

Concentración, formas de expresar la concentración 4

NÚCLEO PROBLEMA IV: REACCIONES QUÍMICAS Y ENERGÍA.

Preguntas orientadoras:

¿Es posible predecir y medir los cambios de energía par sistemas que

involucren cambios físicos o cambios químicos?

¿En una reacción o transformación química, la cantidad de energía inicial es

igual a la energía con la que finaliza el proceso?

Preguntas orientadoras

Áreas Temáticas

Medidas de la energía

Calorimetría

Ecuaciones termoquímicas

Ley de Hess

Energías de enlace.5

NÚCLEO PROBLEMÁTICO TRANSVERSAL: NOMENCLATURA.

Este núcleo será trabajado simultáneamente con los otros núcleos

planteados para este espacio académico.

Preguntas orientadoras:

¿Cómo se nombran los compuestos químicos?

Qúe relación existe entre el nombre de un compuesto y sus

propiedades químicas?

Áreas Temáticas

Grupos funcionales inorgánicos: óxidos, bases, ácidos, sales.

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QUÍMICA

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.

• Se llama mezcla coloidal cuando el tamaño de partícula va de

10-9 m a 2 ·10-7 m.

• Se llama suspensión cuando el tamaño de las partículas es del

orden de 2 ·10-7 m. 9

CLASIFICACIÓN DE DISOLUCIONES

• 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.

10

SEGÚN EL NÚMERO DE COMPONENTES.

• Binarias

• Ternarias.

• ...

11

SEGÚN ESTADO FÍSICO DE SOLUTO Y DISOLVENTE.

• Soluto SolventeEjemplo

• Gas Gas Aire

• Líquido Gas Niebla

• Sólido Gas Humo

• Gas Líquido CO2 en agua

• Líquido Líquido Petróleo

• Sólido Líquido Azúcar-agua

• Gas Sólido H2 -platino

• Líquido Sólido Hg - cobre

• Sólido Sólido Aleacciones 12

SEGÚN LA PROPORCIÓN DE LOS COMPONENTES.

• Diluidas

(poca cantidad de soluto)

• Concentradas

(bastante cantidad de soluto)

• Saturadas

(no admiten mayor concentración

de soluto)13

SEGÚN EL CARÁCTER MOLECULAR DE LOS COMPONENTES.

• Conductoras

• Los solutos están ionizados (electrolitos) tales como disoluciones de

ácidos, bases o sales.

• No conductoras

• El soluto no está ionizado

14

•Dependiendo

de la naturaleza

del soluto:

Electrolíticas: soluto se disocia en iones (ej. Sal)

(conducen la corriente eléctrica)

No electrolíticas: soluto no se disocia en iones (ej. azúcar)

(no conducen la corriente eléctrica)

Sustancia que disuelta en

agua forma una solución que

conduce la electricidad.

27

Propiedades electrolíticas

27

Propiedades electrolíticas

27

Propiedades electrolíticas

Cuerpo Humano

Electrolitos

Agua

Compuestos iónicos

Hidratación

Ionización

CONCENTRACIÓN(FORMAS DE EXPRESARLA)

• gramos/litro → densidad

• Tanto por ciento en masa.

• Tanto por ciento en masa-volumen.

• Molaridad.

• Normalidad (ya no se usa).

• Fracción molar.

• Molalidad. 18

CONCENTRACIÓN EN GRAMOS/LITRO.

• Expresa la masa en gramos de soluto por cada litro de

disolución.

msoluto (g)d = ————————

Vdisolución (L)19

TANTO POR CIENTO EN MASA.

•Expresa el porcentaje de masa en gramos del

soluto, presente en la solución.

msoluto% masa = ————————— · 100

msoluto + mdisolvente

20

TANTO POR CIENTOEN MASA-VOLUMEN.

•Expresa el porcentaje de soluto disuelto con

respecto al volumen total de la solución

msoluto% masa-volumen = —————— x 100

Vdisolución (L)

21

MOLARIDAD ( ).

• Expresa el número de moles de soluto por cada litro de disolución.

n mslt / pmslt= ——— = ———————

V Vsln

• Siendo V el volumen de la disolución expresado en litros.

22

OTRAS FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN

23

disolución L

(i) esequivalentN i

equivalentes (i) = ni × valenciaProtones transferidos en rcc. ácido-base

Electrones transferidos en rcc. redox

• Porcentaje en peso (% p/p)

100disolución masa

soluto masapeso%

•Partes por millón (ppm)

• Normalidad (M)• Unidades: equiv × L-1 (normal,N)

• Desventaja: depende de la reacción

• Uso no recomendado

(Kg) disolución masa

(mg) soluto masappm

EJERCICIO: ¿ CUÁL ES LA MOLARIDAD DE LA DISOLUCIÓN

OBTENIDA AL DISOLVER 12 G DE NACL EN AGUA DESTILADA HASTA OBTENER 250 ML DE DISOLUCIÓN?

24

EJERCICIO: ¿CUÁL SERÁ LA MOLARIDAD DE UNA

DISOLUCIÓN DE NH3 AL 15 % EN MASA Y DEDENSIDAD 920 G/L?

25

¿Y EN EL ÁREA DE SALUD?

26

¿Y EN EL ÁREA DE SALUD?

27

¿Y EN EL ÁREA DE SALUD?

28

¿Y EN EL ÁREA DE SALUD?

29

¿Y EN EL ÁREA DE SALUD?

30

¿Y EN EL ÁREA DE SALUD?

31

PUREZA ()

• Las sustancias que se usan en el laboratorio suelen contener impurezas.

• Para preparar una disolución se necesita saber qué cantidad de soluto puro se añade.

msustancia (pura) = ——————————— · 100

msustancia (comercial)

• De donde 100

m sust. (comercial) = m sust. (pura) · ——

32

PUREZA ()

• Las sustancias que se usan en el laboratorio suelen contener impurezas.

• Para preparar una disolución se necesita saber qué cantidad de soluto puro se añade.

msustancia (pura) = ——————————— · 100

msustancia (comercial)

• De donde 100

msust. (comercial) = msust. (pura) · ——

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PROPIEDADES COLIGATIVAS

Son aquellas propiedades físicas de las soluciones que dependen

más bien de la cantidad de soluto que de su naturaleza.

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LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS SON:

Disminución de la presión de vapor

Disminución del punto de congelación

Aumento del punto de ebullición

Presión osmótica

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DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR

Cuando se agrega un soluto no volátil a un

solvente puro, la presión de vapor de éste en la

solución disminuye.

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P solución < Pº solvente puro

P = P° - P

Pº = presión de vapor del solvente puro

P = presión de vapor del solvente en la solución

Solvente puro

Disolución

37

La presión de vapor ejercida por un líquido es proporcional

a su fracción molar en la solución.

38

Ley de Raoult

PA = XA P°A

PA : Presión de vapor del componente A

XA : Fracción molar de A

P°A : Presión de vapor de A puro

PARA UN SOLUTO NO VOLÁTIL:

P = P°A XB

donde:

P : Disminución de la presión de vapor

XB : fracción molar del soluto B no volátil

P°A : presión de vapor del solvente A puro

39

FRACCIÓN MOLAR (XI)

• Se define como la relación entre los moles de cada componente y los moles

totales presentes en la mezcla.

• Si la mezcla contiene sólo un soluto (a) y un solvente (b), se tendrá:

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(b)solventedemoles(a)solutodemoles

(a)solutodemoles

aX

PARA UNA SOLUCIÓN IDEAL:

Si los componentes son los líquidos A y B:

Psolución = P°A XA + P°B XB

Psolución : Presión de la solución ideal

P°A y P°B : Presiones de vapor de A y B puros

XA y XB : Fracciones molares de A y B 41

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN

42

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN

Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente

puro, el punto de congelación de éste disminuye.

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T° Congelación solución < Tº Congelación Solvente puro

TF = - KF • M

44

Donde:

Tf = Disminución del punto de congelación

Kf = Constante Crioscópica

m = molalidad de la solución

Tf = Tf solución - Tf solvente

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN

45

AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

Cuando se agrega un soluto no volátil a un

solvente puro, el punto de ebullición de éste

aumenta.

46

TEb. solución > Tº Eb. solvente puro

Donde:

Te = Aumento del punto de ebullición

Ke = Constante ebulloscópica

m = molalidad de la solución

Te = Te solución - Te solvente

Te = Ke • m

47

AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

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ALGUNAS PROPIEDADES DE DISOLVENTES COMUNES

solvente Tebull. (ºC)Keb

(ºCKg/mol)Tcong. (ºC)

Kc

(ºCKg/mool

Agua 100 0.512 0 1.86

Benceno 80.1 2.53 5.48 5.12

Alcanfor 207.42 5.61 178.4 40.0

fenol 182 3.56 43 7.40

Ácido

acético118.1 3.07 16.6 3.90

Tetracloruro

de carbono76.8 5.02 - 22.3 29.8

etanol 78.4 1.22 - 114.6 1.99

49

DIFUSIÓN

OSMOSIS

En Biología y en Fisiología, al

hablar de disolvente nos referimos

al agua, pero los solutos pueden

ser:

→coloidales (proteínas,

polisacáridos)

→verdaderos de tipo molecular

(glucosa, urea)

→ verdaderos de tipo salino

(NaCl, KHCO3)

50

Se define la presión osmótica como el proceso, por

el que el disolvente pasa a través de una

membrana semipermeable.

51

• Impermeables.

• Semipermeables.

• Dialíticas.

• Permeables.

PRESIÓN OSMÓTICA

52

Osmosis Normal

Agua pura Disolución

> P

PRESIÓN OSMÓTICA

53

Agua pura Disolución

P >

Osmosis inversa

P

PRESIÓN OSMÓTICA

54

V

nRTπ

55

Como n/V es molaridad (M), entonces:

= M • R • T

R = 0.0821 atm L / (mol K)

Se expresa como:

EJERCICIOS

Una disolución contiene 1 g de hemoglobina disuelto en

suficiente agua para formar 100 mL de disolución. La

presión osmótica a 20ºC es 2.72 mm Hg. Calcular:

a) La molaridad de la hemoglobina

b) La masa molecular de la hemoglobina

56

... APLICACIÓN

• El naftaleno C10H8, se utiliza para hacer bolas para combatir lapolilla. Suponga una solución que se hace disolviendo 0,515 g denaftaleno en 60,8 g de cloroformo CHCl3, calcule el descenso dela presión de vapor del cloroformo a 20°C en presencia delnaftaleno. La p de v del cloroformo a 20°C es 156 mm Hg. Sepuede suponer que el naftaleno es no volátil comparado con elcloroformo. ¿Cuál es la presión de vapor de la solución?

57

... APLICACIÓN

•Una solución líquida consiste en 0,35 fraccionesmol de dibromuro de etileno, C2H4Br2, y 0,65fracciones mol de dibromuro de propileno,C3H6Br2. Ambos son líquidos volátiles; suspresiones de vapor a 85°C son 173 mm Hg y 127mm Hg, respectivamente. Calcule la presión devapor total de la solución.

58

... APLICACIÓN• Una solución acuosa de glucosa es 0.0222 m ¿cuáles son el punto de

ebullición y el punto de congelación de esta solución?.

• ¿Cuántos gramos de etilenglicol, CH2OHCH2OH, se deben adicionar

a 37.8 g de agua para dar un punto de congelación de -0.150°C?.

• Se disolvió una muestra de 0.205 g de fósforo blanco en 25.0 g de

CS2 Se encontró que la elevación del punto de ebullición de la

solución de CS2 fue 0.159°C. Cuál es el peso molecular del fósforo

en solución? ¿cuál es la fórmula del fósforo molecular? (Keb = 2,47).

59

EJERCICIOS

¿Qué presión osmótica ejercerá una solución de urea

(NH2CONH2) en agua al 1%, a 20ºC?. Considere que 1000 g

corresponde aproximadamente a 1 L de solución.

¿Qué concentración en g/L habría de tener una solución de

anilina (C6H5NH2) en agua, para que su presión osmótica a 18ºC

sea de 750 mm Hg? (PM= 93.12)

60

EJERCICIO:

Calcule el descenso de la presión de vapor de agua, cuando

se disuelven 5.67 g de glucosa, C6H12O6, en 25.2 g de agua

a 25°C. La presión de vapor de agua a 25°C es 23.8 mm Hg

61

62

63

64

PRECIPITADO

• Formación de un producto

insoluble = Precipitado

•Participación de compuestos iónicos.

65

SOLUBILIDAD

• Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en

una determinada cantidad de disolvente (normalmente

suelen tomarse 100 g) a una temperatura específica.

• La solubilidad varía con la temperatura (curvas de

solubilidad).66

GRÁFICAS DE LA SOLUBILIDAD DE

DIFERENTES

SUSTANCIAS EN AGUA

•Como vemos, la

solubilidad no

aumenta siempre

con la temperatura,

no varía de manera

lineal. 67

Ag2SO4

CaCO3

Na3PO4

CuS

Ca(OH)2

Zn(NO3)2-

68

ECUACIÓN MOLECULAR VSECUACIÓN IÓNICA NETA

69

Cuando se agrega una disolución acuosa de cloruro de bario a una disolución de sulfato de sodio, se

forma un precipitado blanco de sulfato de bario. Realice la ecuación molecular respectiva así como las

ecuaciones iónica y la iónica neta

Prediga los productos de las siguientes reacciones y

escriba las respectivas ecuaciones

K3PO4(ac) + Ca(NO3)2(ac) Al(NO3)3(ac) + Na(OH)(ac)

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