13. GAIA: BARREIATUTAKO SISTEMAK. DISOLUZIOAK INGENIARITZAREN ARLOAN ERABILITAKO OINARRI KIMIKOAK 13. GAIA: BARREIATUTAKO SISTEMAK. DISOLUZIOAK IRAKASLEA: Natalia Villota Salazar

13. BARREIATUTAKO SISTEMAK. DISOLUZIOAK 13.1. BARREIATUTAKO SISTEMAK: NAHASTEAK 13.2. DISOLBAGARRITASUNA 13.2.1. DISOLBAGARRITASUNARI ERAGITEN DIOTEN FAKTOREAK 13.2.2. PRESIOAREN EFEKTUA: HENRY-REN LEGEA 13.3. PROPIETATE KOLIGATIBOAK 13.3.1. IGOERA EBULLOSKOPIKOA 13.3.2. JAITSIERA KRIOSKOPIKOA 13.3.3. PRESIO OSMOTIKOA 13.4. ELEKTROLITO-DISOLUZIOAK 13.4.1. DISOZIAZIO-GRADUA 13.4.2. VAN´HOFF-EKUAZIOA 13.5. SOLUTU LURRUNKORREKO DISOLUZIOAK: NAHASTE BITARRAK 13.5.1. DIAGRAMA P/x 13.5.2. DIAGRAMA T/x  

SOLUTUA + DISOLBATZAILEA → DISOLUZIOA 13.1. BARREIATUTAKO SISTEMAK: NAHASTEAK DISOLUZIOA BI SUBSTANTZIA GARBI EDO GEHIAGOK ERATUTAKO NAHASKETA HOMOGENEOA PARTIKULAREN TAMAINA <10 Å   DISOLUZIOKO KARAKTERIZAZIOA OSAGAIAK: DISOLBATZAILEA eta SOLUTUA KONZENTRAZIOAREN UNITATEAK DISOLUZIO LIKIDOAK: DISOLBATZAILEA: LIKIDOA SOLUTUA: SOLIDO, LIKIDOA edo GASA SOLUTUA + DISOLBATZAILEA → DISOLUZIOA DH DISOLUZIOAREN PROZESUA = DH1 + DH2 + DH3 |DH1 + DH2 | > | DH3|: PROZESU ENDOTERMIKOA |DH1 + DH2 | < | DH3|: PROZESU EXOTERMIKOA

SOLUTUAREN ETA DISOLUZIOAREN ARTEKO OREKA: DISOLUZIO-PROZESUA ● INDAR ERAKARGARRIAK SORTU BEHAR DIRA DISOLBATZAILEKO ETA SOLUTUKO MOLEKULEN ARTEAN ● INDARREK BEZAIN BIZIAK IZAN BEHAR DUTE SOLUTUKO KOHESIO INDARRAK ETA DISOLBATZAILEKO MOLEKULA ARTEKO INDARRAK GAINDITZEKO   SOLUTUAREN ETA DISOLUZIOAREN ARTEKO OREKA: DISOLBA DAITEKEEN SOLUTUKO GEHIENEZKO KANTITATEA Fig. 13.1. Disoluzioak (Der Kreole–ren argazkia, Wikimedia Commons-ean argitaratua, CC-BY-SA 3.0 baimenpean http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Disoluci%C3%B3n_de_nitrato_de_n%C3%ADquel_%28II%29.JPG)

13.2.1. DISOLBAGARRITASUNARI ERAGITEN DIOTEN FAKTOREAK DISOLBATZAILEKO KANTITATE ZEHAZTUAN DISOLBA DAITEKEEN SOLUTUKO KANTITATE MAXIMOA 13.2.1. DISOLBAGARRITASUNARI ERAGITEN DIOTEN FAKTOREAK “ANTZEKO NATURA-KONPOSATUAK DISOLBATZEN DU BESTE ANTZEKO NATURA-KONPOSATU BATERA” MOLEKULA EZ POLARRAK DISOLBAGARRIAK DIRA DISOLBATZAILE EZ POLARRETAN CCl4: C6H6-tan MOLEKULA POLARRAK DISOLBAGARRIAK DIRA DISOLBATZAILE POLARRETAN C2H5OH: H2O-tan OSAGAI IONIKOAK DISOLBAGARRIAGOAK DIRA DISOLBATZAILE POLARRETAN NaCl: H2O-tan edo NH3 (l)-tan TENPERATURAREN EFEKTUA: DISOLBAGARRITASUN-BIHURGUNEAK ● SOLIDOEN DISOLBAGARRITASUNAK URETAN HANDITZEN DA, TENPERATURA HANDITZEN DENEAN ● GASEN DISOLBAGARRITASUNA URETAN MOTELTZEN DA, TENPERATURA HANDITZEN DENEAN

13.2.2. PRESIOAREN EFEKTUA: HENRY-REN LEGEA ● ETENGABEKO TENPERATURETAN ETA OREKAN, GAS BATEN PRESIO PARTZIALA BERE KONTZENTRAZIOAREKIN PROPORTZIONALA DA ● GAS BATEKO DISOLBAGARRITASUNA DISOLUZIOTAN PRESIOAREKIN PROPORTZIONALA DA AIRETAN DISOLUZIOTAN Cgas : gasaren kontzentrazioa (disolbagarritasuna) Pgas : gasaren presio partziala kH: Henry-ren KONSTANTEA = f (temperatura)

13.3. PROPIETATE KOLIGATIBOAK ● SOLUTU EZ LURRUNKORREKO DISOLUZIOAK ● DISOLUZIOKO LURRUN PRESIOA, DISOLBATZAILE PURUAREN LURRUN PRESIOA BAINO TXIKIAGOA DA LURRUN-PRESIOAREN MURRIZTAPENA P = Pv - P0D P = (1- XD) P0D = Xs P0D ● BAKARRIK SOLUTU-KOPURUAREN FUNTSIOA DIREN DISOLUZIOEN EZAUGARRIAK ● EZ DIRA SOLUTU-NATURAREN FUNTSIOA IGOERA EBULLOSKOPIKOA JAITSIERA KRIOSKOPIKOA PRESIO OSMOTIKOA

13.3.1. IGOERA EBULLOSKOPIKOA DISOLUZIOAREN IRAKITE-TENPERATURAREN HANDIAGOTZEA, DISOLBATZAILE PURUAREN IRAKITE TENPERATURAREN ARABERA Teb: DISOLUZIOAREN IRAKITE-TENPERATURA (ºC) TebD: DISOLBATZAILE PURUAREN IRAKITE-TENPERATURA (ºC) Keb: DISOLBATZAILEAREN KONSTANTE EBULLOSKOPIKOA (ºC/m) m: DISOLUZIO-MOLALITATEA (mol solutu /kg disolbatzailea) BALIOZKO EKUAZIOA: DISOLBATUTAKO DISOLUZIOAK SOLUTU EZ LURRUNKORRA SOLUTU EZ-DISOZIABLEA

13.3.2. JAITSIERA KRIOSKOPIKOA DISOLUZIOAREN IZOZTE TENPERATURAREN JAISTEA, DISOLBATZAILE PURUAREN IZOZTE TENPERATURAREN ARABERA Tc: DISOLUZIOAREN IZOZTE TENPERATURA (ºC) TcD: DISOLBATZAILE PURUAREN IZOZTE TENPERATURA (ºC) Kc: DISOLBATZAILEAREN KONSTANTE KRIOSKOPIKOA (°C kg/mol) m: MOLALITATEA ( mol solutu/kg disolbatzailea) BALIOZKO EKUAZIOA: DISOLBATUTAKO DISOLUZIOAK SOLUTU EZ DISOCIABLEA IZOZTEN EZ DEN SOLUTUA

) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0307_Osmosis.jpg) 13.3.3. PRESIO OSMOTIKOA OSMOSIS MINTZ ERDI IRAGAZKORREAN ZEHARREKO MATERIA TRANSFERENTZIA KONTZENTRAZIO DESBERDINEKO BI DISOLUZIO KONTAKTUAN JARTZERAKOAN, MINTZ ERDI IRAGAZKORREAN ZEHAR, DISOLBATZAILEA PASATZEN DA DISOLUZIO DISOLBATUENETIK KONTZENTRAZIO HANDIENEKORANTZ  PRESIO OSMOTIKOA, P : BEHARREZKO PRESIOA DA DISOLBATZAILE PURUAREN ETA DISOLUZIOAREN ARTEKO OSMOSI PROZESUA GELDITZEKO Fig. 13.2. Osmosis (OpenStax College–ren argazkia, Wikimedia Commons-ean argitaratua, CC-BY-SA 3.0 baimenpean ) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0307_Osmosis.jpg)

BALIOZKO EKUAZIOA: DISOLBATUTAKO DISOLUZIOAK SOLUTU EZ-DISOZIABLEA VAN´T HOFF - EKUAZIOA P: PRESIO OSMOTIKOA (atm) M: DISOLUZIOAREN MOLARTASUNA (mol/L) R: GASEN KONSTANTEA (atm L / K mol) T: TENPERATURA ABSOLUTUA (K) BALIOZKO EKUAZIOA: DISOLBATUTAKO DISOLUZIOAK SOLUTU EZ-DISOZIABLEA  DISOLUZIO ISOTONIKOAK: PRESIO OSMOTIKO BERA  DISOLUZIO HIPERTONIKOA: PRESIO OSMOTIKO HANDIAGOA  DISOLUZIO HIPOTONIKOA: PRESIO OSMOTIKO TXIKIAGOA

ALDERANTZIZKO OSMOSIA Fig. 13.3. Alderantzizko Osmosia OSMOSI-PROZESUA ALDERANTZIKATZEN DA DISOLUZIOKO DISOLBATZAILEA PASATZEN DA DISOLBATZAILERA DISOLUZIO ISOTONIKOAK: PRESIO OSMOTIKO BERA APLIKAZIO TEKNIKOA: GATZGABETZE URA Fig. 13.3. Alderantzizko Osmosia (Domeinu publiko bezala argitaratutako Wikimedia Commons-en argazkia http://commons.wikimedia.org/wiki/File:%C3%96smosis-inversa.png)

13.4. ELEKTROLITO-DISOLUZIOAK ELEKTROLITOA ● URETAN DISOLBATZERAKOAN IOIETAN DISOZIATZEN DEN SUBSTANTZIA ● IONIZATZEN DA ● EROELAK DIRA   ELEKTROLITO SENDOA ● ERABAT DISOZIATZEN DA ● KONPOSATU IONIKOAK ● LOTURA OSO POLARREKIKO SUBSTANTZIA MOLEKULARRAK: AZIDO EZ-ORGANIKOAK ETA HIDROXIDO METALIKOAK  ELEKTROLITO AHULA ● BAKARRIK MOLEKULEN ZATIKIA DISOZIATZEN DIRA ● LOTURA POLARREN BATEKIKO SUBSTANTZIA MOLEKULARRAK: AZIDO EZ-ORGANIKOAK, AZIDO KARBOXILIKOAK ETA OINARRIAK

ELEKTROLITO SENDOA: DISOZIAZIO-GRADUA =1 URETAN DISOLBATZERAKOAN DISOZIATZEN DEN MOLEKULARENO FRAKZIOA ELEKTROLITO SENDOA: DISOZIAZIO-GRADUA =1 H2O NaCl → Na+ + Cl- DISOLBATZEN DIRA: c DISOZIATZEN DIRA: -c +c +c FINALA: c c Ctotala: 2c mol/L a=c/c=1

ELEKTROLITO AHULA: DISOZIAZIO-GRADUA 0<  <1 H2O HA  H+ + A- DISOLBATZEN DIRA: c DISOZIATZEN DIRA: -x +x +x FINALA: c-x x x Ctotala: (c+x) mol/L a = x / c < 1

IGOERA EBULLOSKOPIKOA JAITSIERA KRIOSKOPIKOA SOLUTUA ELEKTROLITO BAT DENEAN, DISOLBATUTAKO PARTIKULEN KOPURUA HANDIAGOA DA EZAUGARRI KOLIGATIBOETARAKO PROPOSATUTAKO EKUAZIOAK ZUZENTZEA BEHARREZKOA DA IGOERA EBULLOSKOPIKOA JAITSIERA KRIOSKOPIKOA PRESIO OSMOTIKOA

VAN´HOFF-FAKTOREA, “i” 13.4.2. VAN´HOFF-EKUAZIOA IOI BATZUK DISOLUZIOTAN LOTZEN DIRA ONDORIOZ “DIRUDI” ELEKTROLITI SENDOEK %100 DISOZIAZIO-GRADUA BAINO TXIKIAGOA DAUKATELA VAN´HOFF-FAKTOREA, “i”   SOLUTO EZ-ELEKTROLITOA: i=1 SOLUTO ELEKTROLITOA: i>1 SOLUTO LOTZEN DENEAN: i<1

13.5. SOLUTU LURRUNKORREKO DISOLUZIOAK: NAHASTE BITARRAK 13.5.1. DIAGRAMA PRESIO-KONPOSAKETA P/x FASE LIKIDOA RAOULT-LEGEA: konposizio-disoluzioa (XA, XB) FASE GAS 2 OSAGAIEN NAHASKETA (A, B) DISOLUZIOKO LURRUN-PRESIOA = P (gas osoa) P0A > P0B P (disoluzioa) < P0A P (disoluzioa) > P0B P*A P*B

XA,XB LIKIDOA YA,YB LURRUNA OREKAKO LURRUNEKO KONPOSIZIOA NAHASTE BITARREKO LURRUNA ABERATSAGOA DA, OSAGAI LURRUNKORRENEAN, FASE LIKIDOAN BAINO GAS-NAHASTEA: YA: A-ren frakzio molarra YB: B-ren frakzio molarra DISOLUZIO LIKIDOA: XA: A-ren frakzio molarra XB: B-ren frakzio molarra XA,XB LIKIDOA YA,YB LURRUNA OREKAN LURRUNEKO KONPOSIZIOA DISOLUZIOAREKIN DISOLUZIO LIKIDO IDEALA: RAOULT-EN LEGEA   GAS-NAHASTE IDEALA: DALTON-EN LEGEA

LURRUN-FASEKO KONPOSAKETA ETA LIKIDORENA DESBERDINAK DIRA: NAHASTE LIKIDO BITARRA LURRUNTZEAN: ● BERE KONPOSIZIOA ALDATZEN DA ● OSAGAI LURRUNKORRAGOA GALTZEN DU ● LURRUN-PRESIOA MOTELTZEN DA LURRUNKETAREN ARABERA LIKIDOA PRESIOA (mm Hg) LURRUNA XB, YB LURRUN-FASEKO KONPOSAKETA ETA LIKIDORENA DESBERDINAK DIRA: DISOLUZIO LIKIDOAK XB=0.50, LURRUNA YB=0.23 DAUKA LURRUNA DA: B-etan GUTXIAGO ABERATSA : OSAGAI GUTXIAGO LURRUNKORRA A-etan ABERATSAGOA : OSAGAI LURRUNKORRAGOA

13.5.2. DIAGRAMA TENPERATURA-KONPOSAKETA P/x DISOLUZIOAREN IRAKITE TENPERATURA BERE KONPOSIZIOAREN MENPE DAGO: SOLUTUA DISOLBATZAILEA BAINO LURRUNKORRAGOA DENEAN: DISOLUZIOAREN IRAKITE TENPERATURA DISOLBATZAILE PURUAREN IRAKITE TENPERATURA BAINO TXIKIAGOA DA   DISOLBATZAILEA SOLUTUA BAINO LURRUNKORRAGOA DENEAN: DISOLUZIOAREN IRAKITE TENPERATURA DISOLBATZAILE PURUAREN IRAKITE TENPERATURA BAINO HANDIAGOA DA LURRUNA a: 1 FASE: LURRUN-FASEA: YA= 0.4 b: 2 FASE: LURRUN eta LIKIDOA: YA= 0.4, XA= 0.25 c: 2 FASE: LURRUN eta LIKIDOA: YA= 0.55, XA= 0.35 d: 2 FASE: LURRUN eta LIKIDOA: YA= 0.6, XA= 0.4 e: 1 FASE: FASE LIKIDOA: XA= 0.4 TENPERATURA (ºC) LIKIDOA XA

BIBLIOGRAFIA Atkins, P.; Jones, L. (2012). Principios de química. Los caminos del descubrimiento. Editorial Panamericana, 5º edición. Brown, T. D.; Lemay, H. E.; Bruce, J. R.; Bursten, E.; Burdge, J. (2003). Química. La Ciencia Central. Ed. Pearson Prentice Hall. Felder, R. M.; Rousseau, R. W. (2004). Principios elementales de los procesos químicos. Ed. Limusa-Wiley. Iturbe, J. (1979). Kimika Orokorra: II partea. Ed. Udako Euskal Unibertsitatea. Reboiras, M.D. (2008). Química: la ciencia básica. Ed. Thomsom, 2º edición.