Disoluciones

Unidades de concentración Una disolución es una mezcla homogénea de uno o más soluto(s) (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).

Clasificación de las disoluciones de acuerdo a: 1. Tipo de disolvente 2. La concentración

1. Tipo de disolvente

a. Soluciones sólidas 1. Sólido - sólido. : Aleaciones 2. Gas – sólido : catalizador de H2/Pt 3. Líquido – sólido : Amalgamas

b. Soluciones líquidas 1. Líquido - Líquido : Agua/Etanol 2. Sólido - Líquido : Salmuera Suero fisiológico 3. Gas – Líquido : Soda

c. Soluciones Gaseosas 1. Gas – Gas : Aire 2. Líquido - Gas : Niebla 3. Sólido – Gas : Polvo en el aire

2. En cuánto a la concentración

Ejemplo 1. A 0 ºC la solubilidad del NaCl es de 37,5 g/100 g H2O.A la Tº dada: Clasifica las siguientes disoluciones. Una disolución que contenga 37,5 g de NaCl en 50 g de agua Una disolución que contenga 20 g NaCl en 100 g de agua. Una disolución que contenga 18,75 g NaCl en 50 g de agua.

Solubilidad Solubilidad: 1.- Máxima cantidad de soluto en gramos que se puede disolver en 100 g de disolvente a una Tº dada. 2.-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. · 0.00138 moles de O2 por litro de agua.

Solubilidad 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. .

M= m = Unidades de concentración Molaridad 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 McVc= MdVd Molalidad moles de soluto m = Kg de disolvente

XA = xi= xA+xB+....= 1 % masa = ppm = Unidades de concentración Fracción molar: moles de A XA = moles totales xi= xA+xB+....= 1 % en masa masa de soluto % masa = masa total de disolución masa de soluto ppm = x 106 = % masa x 104 masa total de disolución 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)

Aplicación: cálculo de concentraciones 1. Una disolución contiene 8,5 g de NaNO3 por cada 500 g de disolución. a) Calcula su % m/m e interpreta este valor obtenido. b) Calcula la masa de soluto contenida en 100 g de disolución c) Calcula la masa de soluto contenida en 100 g de disolvente

2. Ejemplo a) Calcula el porcentaje m / m de una solución formada por 30,0 g de soluto y 170 g de solvente. b) ¿Cuál es la masa de la solución?

3. Ejemplo Se mezclan 5,00 g de ácido Clorhídrico (HCl) , (M.M = 36,5 g/mol) con 35,00 g de agua, formándose una disolución cuya densidad a 20 ºC es de 1,060 g/cm3. Calcule: a) El tanto por ciento en masa. b) La concentración en gramos por litro c) La Molaridad. Interpreta el valor obtenido d) ¿Qué volumen de ésta disolución contiene 3,89 g de HCl?¿Cuál es la masa de agua?

Fundamentos de la solubilidad Factores que afectan a la solubilidad: » Interacciones soluto-disolvente » Efecto de la temperatura » Efecto de la presión

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.BaSO4, CaCO3)

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. etanol etilenglicol glicerol

Proceso de disolución

Efecto de la temperatura sobre la solubilidad Disolución de sólidos en líquidos sólido + líquido disolución Hdisolución 0  La solubilidad de los sólidos aumenta con la temperatura. Tª Solubilidad

Fundamentos de la solubilidad

Fundamentos de la solubilidad Disolución de gases en líquidos gas + líquido disolución Hdisolución 0  La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la Tª.

Fundamentos de la solubilidad

Efecto de la presión sobre la solubilidad Fundamentos de la solubilidad Efecto de la presión sobre 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. Ley de Henry: Cg = k Pg Cg= Concentración del gas en la disolución Pg= Presión parcial del gas sobre la disolución

PA = A P° 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 (PA) sobre la disolución y la concentración se expresa mediante la ley de Raoult: PA = A P° P°= Presión de vapor del dte puro

Pbenzene = benzene P°benzene = (0.500)(96.1 mm Hg) = 47.6 mm Hg Propiedades coligativas 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? Pbenzene = benzene P°benzene = (0.500)(96.1 mm Hg) = 47.6 mm Hg Ptoluene = toluene P°toluene = (0.500)(28.4 mm Hg) = 14.2 mm Hg Ptotal = Pbenzene + Ptoluene = 61.8 mm Hg ¿Cuál es la composición del vapor en el equilibrio en una disolución de benceno-tolueno? benzene = Pbenzene/Ptotal = 47.6 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.770 toluene = Ptoluene/Ptotal = 14.2 mm Hg/61.89 mm Hg = 0.230

Te= Te- Teo = ke molalidad Propiedades coligativas 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. Te= Te- Teo = ke molalidad donde: Te es el punto de ebullición de la disolución Teo es el punto de ebullición del disolvente puro ke constante molal del punto de ebullición

Tf= Tfo - Tf = kf molalidad Propiedades coligativas 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. Tf= Tfo - Tf = kf molalidad donde: Tf es el punto de congelación de la disolución Tfo es el punto de congelación del disolvente puro kf constante molal del punto de congelación

Propiedades coligativas Diagrama de fases:

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

Disolución concentrada Propiedades coligativas Evaporación y condensación - Situación experimental: tiempo 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 (x1 = 1 para el agua pura), a otra en la que la presión de vapor o fracción molar es baja (x1 1 para una disolución de azúcar)

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.

πV = nRT = M RT Propiedades coligativas 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. πV = nRT π = RT n V = M RT M – molaridad de la disolución R – Constante de los gases (0.08206 L(atm)/mol(K)) T – Tª en Kelvin

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. Presión Agua pura Agua de mar

Propiedades coligativas de los electrolitos 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: Tf= 1,86ºC/m x molalidad x i Te= 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 (MgSO4) = 2 i (CaCl2) = 3