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9. Disoluciones Tema 9. Disoluciones »Unidades de concentración: · Molaridad · Fracción molar · Porcentaje en masa (ppm) · Molalidad » Fundamentos de la.

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1 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

2 9. Disoluciones 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). DisoluciónComponentes Disoluciones gaseosas AireN 2, O 2, H 2 y otros Gas NaturalCH 4, C 2 H 6 Disoluciones Líquidas Agua de marH 2 O, NaCl, y muchos otros VinagreH 2 O y ácido acético GaseosaH 2 O, CO 2, sacarosa, y otros Disoluciones Sólidas Latón amarilloCu-Zn Amalgama para dientesAg-Sn-Hg

3 9. Disoluciones Unidades de concentración 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 M c V c = M d V d Molalidad m = moles de soluto Kg de disolvente

4 9. Disoluciones Unidades de concentración Fracción molar: X A = moles de A moles totales x i = x A +x B +....= 1 % en masa % masa = masa de soluto masa total de disolución ppm = masa de soluto masa total de disolución x 10 6 = % masa x 10 4 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)

5 9. Disoluciones Fundamentos de 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. etanoletilenglicolglicerol

6 9. Disoluciones Fundamentos de la solubilidad -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.BaSO 4, CaCO 3 )

7 9. Disoluciones 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.. Fundamentos de la solubilidad Efecto de la temperatura sobre la solubilidad

8 9. Disoluciones Fundamentos de la solubilidad 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. · moles de O 2 por litro de agua. Disolución de sólidos en líquidos sólido + líquido disolución H disolución 0 La solubilidad de los sólidos aumenta con la temperatura. Tª Solubilidad

9 9. Disoluciones Fundamentos de la solubilidad

10 9. Disoluciones Disolución de gases en líquidos gas + líquido disolución H disolución 0 Fundamentos de la solubilidad La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la Tª.

11 9. Disoluciones Fundamentos de la solubilidad

12 9. Disoluciones Efecto de la presión sobre la solubilidad Fundamentos de 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. C g = k P g Ley de Henry: C g = Concentración del gas en la disolución P g = Presión parcial del gas sobre la disolución

13 9. Disoluciones 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) 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 (P A ) sobre la disolución y la concentración se expresa mediante la ley de Raoult: P A = A P° P°= Presión de vapor del dte puro

14 9. Disoluciones Propiedades coligativas P benzene = benzene P° benzene = (0.500)(96.1 mm Hg) = 47.6 mm Hg P toluene = toluene P° toluene = (0.500)(28.4 mm Hg) = 14.2 mm Hg P total = P benzene + P toluene = 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 = P benzene /P total = 47.6 mm Hg/61.89 mm Hg = toluene = P toluene /P total = 14.2 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.230

15 9. Disoluciones Elevación del punto de 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. T e = T e - T e o = k e molalidad donde: T e es el punto de ebullición de la disolución T e o es el punto de ebullición del disolvente puro k e constante molal del punto de ebullición Propiedades coligativas

16 9. Disoluciones Descenso 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. T f = T f o - T f = k f molalidad donde: T f es el punto de congelación de la disolución T f o es el punto de congelación del disolvente puro k f constante molal del punto de congelación Propiedades coligativas

17 9. Disoluciones Propiedades coligativas Diagrama de fases:

18 9. Disoluciones Propiedades coligativas - Líquidos anticongelantes para coches: Disolución de etilenglicol (soluto no volátil con alto punto de ebullición) en agua. Aplicaciones:

19 9. Disoluciones Propiedades coligativas 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 (x 1 = 1 para el agua pura), a otra en la que la presión de vapor o fracción molar es baja (x 1 1 para una disolución de azúcar) tiempo

20 9. Disoluciones Propiedades coligativas 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.

21 9. Disoluciones πV = nRT π = RT n 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 disolución R – Constante de los gases ( L(atm)/mol(K)) T – Tª en Kelvin Propiedades coligativas

22 9. Disoluciones Propiedades coligativas »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

23 9. Disoluciones 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: T f = 1,86ºC/m x molalidad x i T e = 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 (MgSO 4 ) = 2 i (CaCl 2 ) = 3 Propiedades coligativas de los electrolitos Propiedades coligativas

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