Propiedades de las soluciones Costitutivas Coligativas

Presentación del tema: "Propiedades de las soluciones Costitutivas Coligativas"— Transcripción de la presentación:

1 Propiedades de las soluciones Costitutivas Coligativas
Profesora: Clara Turriate M.

2 PROPIEDADES COLIGATIVAS
Son aquellas propiedades físicas de las soluciones que no dependen de la naturaleza de las partículas sino del número de partículas presente en la disolución . El número de particulas se determina por la fraccón mol: nA XA = nA + nB +nC + …. nsoluto + ndisolvente soluto + disolvente = ————————— = nsoluto + ndisolvente Si hubiera más de un soluto siempre ocurrirá que la suma de todas las fracciones molares de todas las especies en disolución dará como resultado “1”. Clara Turriate

3 Propiedades coligativas
Descenso de la presión de vapor Ascenso ebulloscópico Descenso crioscópico Presión osmótica Clara Turriate

4 P1 = P° 1 DISOLUCION IDEAL (cumple la Ley deRaoult) X = 1 P1 = Pº P°
Presión de vapor del disolvente 1 P°  disolvente P1 = P° 1 X = 1 P1 = Pº Clara Turriate

5 Ley de Raoult La presión de vapor del solvente en presencia de un soluto es proporcional a la fracción molar del solvente. P1 = P° 1 P1 = Presión de vapor del solvente 1 = fracción molar del solvente P° = presión de vapor del solvente puro Una solución que cumple la ley de Raoult a cualquier concentración es una solución ideal. Clara Turriate

6 Descenso de la presión de vapor
Agua Solución 1 Solución 2 Presión de vapor del disolvente (atm) Líquido Hielo 1 ∆P{ 2 Vapor 100 374  P = P° 2 Temperatura (°C) Clara Turriate

7 Descenso 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. P solución < P° solvente puro A partir de la Ley de Raoult: P1 = P° 1  P = P° - P1 = P° 2  P = P° 2  P = descenso de la presión de vapor X1: fracción molar del solvente X2: fracción molar del soluto no volátil Clara Turriate

8 Cálculo de la fracción molar de etilenglicol (XB)
Aplicación La presión de vapor sobre el agua pura a 120°C es 1480 mmHg. Si se sigue la Ley de Raoult ¿Que fracción de etilenglicol (CH2OHCH2OH) debe agregarse al agua para reducir la presión de vapor de este solvente a 760 mmHg? Sol. PºA - PA = PºA XB Cálculo de la fracción molar de etilenglicol (XB) 1480 mmHg-760 mmHg = (1480 mmHg) XB XB = 0,486 Clara Turriate

9 Ley de Raoult para una solución ideal de dos componentes líquidos volátiles.
PT = PA + PB PT = P°A XA + P°B XB XA = 1 XA = 0 XB = 0 XB = 1 PB PA PB PA PT = PA + PB Pi  Xi Pi = k Xi Xi = 1 Pi = Pi PA = PA . XA PB = PB . XB Clara Turriate

10 Si ambos componentes de una disolución son volátiles
En el equilibrio : (P) liquida = (P) vapor PA = XA PºA PA = YAPT X : Fase L PB = XB PºB PB = YBPT Y : FaseV PT = PA + PB PA: Presión parcial de A; PB: Presión parcial de B PT : Presión de la solución ideal P°A y P°B : Presiones de vapor de A y B puros XA, XB, YA, YB : Fracciones molares

11 ybenzene = Pbenzene/Ptotal = 47.6 mm Hg/61.75 mm Hg = 0.770
Aplicación 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? ¿Cuál es la presión de vapor total? Pbenzene = benzene P°benzene = (0.500)(95.1 mm Hg) = mm Hg Ptoluene = toluene P°toluene = (0.500)(28.4 mm Hg)=14.2 mm Hg Ptotal = Pbenzene + Ptoluene = mm Hg ¿Cuál es la fracción molar del vapor en el equilibrio en una disolución de benceno-tolueno? ybenzene = Pbenzene/Ptotal = 47.6 mm Hg/61.75 mm Hg = 0.770 ytoluene = Ptoluene/Ptotal = 14.2 mm Hg/61.75 mm Hg = 0.230

12 DIAGRAMA PUNTO FUSIÓN Y PUNTO EBULLICIÓN SOLVENTE PURO - SOLUCIÓN
760 Líquido Sólido Presión de vapor del solvente (torr) Solvente puro Solución  Te = ke m  Tc = kc m Gas Tf solución Te solución Tf solvente puro Te solvente puro Tc Te Clara Turriate Temperatura (°C)

13 Te = Te solución – Tºe solvente Te. solución > Tº e. solvente puro
Te = Ke • m Donde: Te = Aumento del punto de ebullición Ke = Constante ebulloscópica m = molalidad de la solución Te = Te solución – Tºe solvente Te. solución > Tº e. solvente puro

14 Tc = Tc solución - Tc solvente
Tc = - Kc • m Donde: Tc = Disminución del punto de congelación Kc = Constante Crioscópica m = molalidad de la solución Tc = Tc solución - Tc solvente T Congelación solución < Tº Congelación Solvente puro

15 m = moles de soluto/ masa de dislovente
Aplicación Una solución preparada con 1,25 g de aceite de menta ( salicilato de metilo) en 99,0 g de benceno tiene un punto de ebullición de 80,31ºC. Determine la masa molar de este compuesto.(Peb.benceno puro = 80,10ºC y la keb=2.53 ºC/m).  m = moles de soluto/ masa de dislovente Teb =ke x m por lo tanto T= 80,31- 80,10= 0,21ºC Luego la molalidad m = T/Ke = 0.083molal 1,25 /M 0,083 = 99x10-3 M(Masa molar) =152,12g/mol

16 Tabla de Ke y Kc a 1 atm Agua 100 0.52 1.86 Benceno 80.1 2.53 5,5 5.12
Disolvente Te (°C)  Ke (°C/m) Tc (°C) Kc (°C/m) Agua 100 0.52 1.86 Benceno 80.1 2.53 5,5 5.12 Etanol 78.4 1.22 -117.3 1.99 Acido Acético 117.9 2.93 16.6 3.9 Ciclohexano 80.7 2.79 6.5 20 Clara Turriate

17 5.3763 mol/Kg (5.5 kg) = 29.57moles de etilenglicol
Aplicación ¿Qué masa de etilenglicol se deberá agregar a 5,5 kg de agua para disminuir el punto de congelamiento en 10ºC? ( Kc del agua = 1,86ºC/m) Solución: Tc = Kc x m m = Tc / Kc = 10ºC/1.86ºC/m m = molal mol/Kg (5.5 kg) = 29.57moles de etilenglicol Si la masa molar del etilenglicol es 62.0 g/mol entonces : 29.57 moles x 62 g/mol =1833,34 g de etilenglicol

18 El proceso de transferencia de disolvente puro a través de una membrana semipermeable desde una disolución diluida a otra más concentrada, se llama ósmosis. Se define la presión osmótica como la presión requerida para detener a ósmosis. Clara Turriate

19  =  = Presión osmótica () n R T V C R T π 7,7 atm
 : en atm V : en litros R : cte universal T : K n R T V  = C R T  = Como n/V es molaridad (M) = C Ejemplo. La presión osmótica promedio de la sangre es 7,7 atm a 25 °C. ¿Qué concentración de glucosa, C6H12C6 será isotónica con la sangre? Sol. π 7,7 atm C = = = 0,31 molar R T (0,082 L atm/ K mol)(298 K) Clara Turriate

20 Presión Osmótica ( ) Dos soluciones que tengan la misma concentración se denominan isotónicas. Si la concentración de las soluciones es diferente, la más concentrada se denomina hipertónica y la más diluida hipotónica. Clara Turriate

21 Clara Turriate

22 Propiedades Coligativas de los electrolitos
Un electrolito es una sustancia que disuelta en agua conduce la corriente eléctrica. (son electrolitos aquellas sustancias conocidas como ácidos, bases y sales). Para las disoluciones acuosas de electrolitos es necesario introducir en las ecuaciones, el factor i

23 Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos
Un electrolito es una sustancia que disuelta en agua conduce la corriente eléctrica. (son electrolitos aquellas sustancias conocidas como ácidos, bases y sales). Para las disoluciones acuosas de electrolitos es necesario introducir en las ecuaciones, el factor i MgCl2(s)  Mg2+ (ac) + 2Cl- (ac) 0.3 m iones en disolución 0.1 m MgCl2 disolución “i” es una medida del grado de disociación o de ioniación de un soluto en agua. Factor i de Van´t Hoff Clara Turriate

24 Factor i de Van´t Hoff i = 1 El soluto no sufre modificaciones (Ej. urea) i > 1 El soluto sufre disociación molecular (NaCl, i = 2 (teórico) , i = 1,9 (experimental NaCl (s)  Na+ (ac) + Cl- (ac) MgSO4, i = 2 (teórico), i = 1,3 (experimental) MgSO4 →Mg2+ + SO42- “ i” medido experimentalmente ≠ de “i” calculado, debido a la formación de pares iónicos en las soluciones. Clara Turriate

25 i = Factor i de Van’t Hoff
Propiedad coligativa experimental Propiedad coligativa teórica i = i = 1 + α ( ۷ - 1 ) α = corresponde a la proporción de partículas disociadas cuando la concentración inicial del soluto es uno molal (o 1M) ۷ = número de partículas Clara Turriate

26 Factor i de Van’t Hoff para distintos solutos en solución acuosa
Concentración de las soluciones 0,001m 0,01m NaCl 1,97 1,94 MgSO4 1,82 1,53 K2SO4 2,84 2,69 AlCl3 3,82 3,36 Clara Turriate

27 Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos
Elevación del punto de ebullición DTe = i Kem Disminución del punto de congelación DTc = i Kcm Presión osmótica (p) p = i CRT Descenso de la presión de vapor  P = i P°2 Clara Turriate

28 Ejemplo de aplicación En 220 g de agua y cierta cantidad de NaCl se formo una solución. La solución resultante hirvió a 100,40 °C ¿Cuántos gramos de NaCl se adicionó en el agua? ۷ = 2, Ke = 0,52°C/molal, masa molar de NaCl = 58,5 Sol. Teb = Teb - Tºeb Te = 100,4 °C °C  Te = 0,4 °C Teb = i Ke m 0,4 °C = 2 (0,52) m m = 0, m = moles de soluto/masa de sol(kg) moles de soluto = 0,3846(0,22) = 0,0846 masa de soluto =0.0846x58,5 =4,95 g X = 4,95 g de NaCl Clara Turriate

29 Ejemplo Estimar los puntos de congelación de las disoluciones 0.20 molal de: a) KNO3 (-0,74 ºC) b) MgSO4 (-0,74 ºC) c) Cr(NO3)3 (-1,488 ºC) El punto de congelación del HF 0.20 m es -0.38ºC. ¿estará disociado o no? (NO ya que Cmolal desde la fórmula es la misma)

30 Importancia de las propiedades coligativas
Son importantes en la vida común, en las disciplinas científicas y tecnológicas. Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada. Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes. Determinar masas molares de solutos desconocidos. Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general. Etc. Clara Turriate

31 Ejercicio 1. ¿Cual es el punto de ebullición de una solución de sacarosa 1.25m?. Punto de ebullición del agua 100°C. Punto de ebullición de la solución:

32 Ejercicio 2. Cuando se disuelven 15.0g de alcohol etílico C2H5OH, en 750g de ácido fórmico HCOOH, el abatimiento del punto de congelación de la solución es de 7.20° C. El punto de congelación del ácido fórmico es de 8.40° C, determine Kc para el ácido fórmico. Rta. 2,75 ºC/m Clara Turriate

33 Ejercicio 3. A 20° C la presión de vapor del benceno (C6H6) es de 75 torr, y la del tolueno (C7H9) es 22torr. a) determine la composición en fracciones molares de una disolución que tiene una presión de vapor de 35 torr a 20° C b) calcule la fracción molar del benceno en el vapor. Solución:

34 Masas iguales de agua y etanol: 100g
Ejercicio 4. A 63.5° C, la presión de vapor del agua es de 175 torr, y la del etanol (C2H5OH), de 400torr. Se prepara una disolución mezclando masas iguales de H2O y C2H5OH. a) calcular la fracción molar del etanol en la disolución. b) suponiendo un comportamiento de disolución ideal, calcule la presión de vapor de la disolución a 63.5° C. c) calcule la fracción molar de etanol en el vapor que esta sobre la disolución. Masas iguales de agua y etanol: 100g a) Clara Turriate

35 Solución: b) c)

36 Ejercicio 5: Una cantidad de agua se disuelve con 50g de sacarosa y se prepara una solución de sacarosa C12H22O m. Que presión osmótica se observara en la solución de sacarosa a 25° C? la densidad de esta solución es 1.34g/mL. Solución: Primero se debe determinar el volumen total de la solución.

37 Solución: Recuerde que 167g de solución contienen 50g de sacarosa y 117g de agua, por lo tanto el volumen de esta solución es: Con estos datos se procede a calcular la presión osmótica.

38 Ejercicios propuestos
1. Determinar el descenso crioscópico de una solución acuosa 0,010 molal de ácido monoprotico (HX), si la disociación es de 3,76 %. Rta ºC 2. La presión de vapor del agua pura a una temperatura de 25°C es de 23,69 mmHg. Una solución preparada con 5,5 g de glucosa en 50 g de agua tiene una presión de vapor de 23,42 mmHg. Suponiendo que la Ley de Raoult es válida para esta solución, determine la masa molar de glucosa. Rta. Masa molar = 177,42 g/mol Clara Turriate

39 3. La pepsina es un enzima que se encuentra en el aparato digestivo de los seres humanos. Una enzima es una proteína que actúa como catalizador biológico. La pepsina cataliza la ruptura metabólica de cadena de aminoácidos (llamadas cadenas de péptidos) para formar proteínas. Una solución de una muestra de 0.50g de pepsina purificada en 30.0mL solucion tienen presión osmótica de 8.92torr a 27.0° C. Estime el peso molecular de la pepsina. R: 3.5x104 g/mol

40 ...Ejercicios 4. 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 ¿Cuál es la presión de vapor de la solución? 5. Una solución líquida consiste en 0,35 fracciones mol de dibromuro de etileno, C2H4Br2, y 0,65 fracciones mol de dibromuro de propileno, C3H6Br2. Ambos son líquidos volátiles; sus presiones de vapor a 85°C son 173 mm Hg y 127 mm Hg, respectivamente. Calcule la presión de vapor total de la solución. Clara Turriate

41 ….Ejercicios 6. ¿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. 7. ¿Qué concentración en g/L habría de tener una solución de anilina en agua, para que su presión osmótica a 18ºC sea de 750 mm Hg? (PM= 93.12) 8. El naftaleno C10H8, se utiliza para hacer bolas para combatir la polilla. Suponga una solución que se hace disolviendo 0,515 g de naftaleno en 60,8 g de cloroformo CHCl3, calcule el descenso de la presión de vapor del cloroformo a 20°C en presencia del naftaleno. La presión de vapor del cloroformo a 20°C es 156 mm Hg. Se puede suponer que el naftaleno es no volátil comparado con el cloroformo. ¿Cuál es la presión de vapor de la solución? Clara Turriate

42 ….Ejercicios 9. Una solución acuosa de glucosa es m ¿cuáles son el punto de ebullición y el punto de congelación de esta solución? 10. ¿Cuántos gramos de etilenglicol, CH2OHCH2OH, se deben adicionar a 37.8 g de agua para dar un punto de congelación de °C? 11. Se disolvió una muestra de 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? Clara Turriate

43 12. El Benceno presenta una presión de vapor de 75 mmHg y el Tolueno 22 mmHg a 20°C.Para una solución formada por 1 mol de Benceno y 2 moles de Tolueno, determinar: a) La fracción molar de Benceno y Tolueno, (b) La presión parcial de cada componente y la presión de vapor de la solución. Sol. fracción molar de Benceno y Tolueno: Xbenceno = 1 = 0,33 XTolueno = 2 = 0, ) presión parcial de cada componente y la presión de vapor de la solución: Pbenceno = Xbenceno Pºbenceno Ptolueno = Xtolueno Pºtolueno Pbenceno = ( 0,33 ) ( 75 mmHg ) Ptolueno = ( 0,67 ) ( 22 mmHg ) Pbenceno = 25 mmHg Ptolueno = 15 mmHg PTOTAL = Pbenceno + Ptolueno PTOTAL = 25 mmHg + 15 mmHg PTOTAL = 40 mmHg Clara Turriate

44 masa del disolvente (kg)
13. ¿Cuál es el punto de congelación de una disolución que contiene 478 g de etilenglicol (anticongelante) en 3202 g de agua? La masa molar de etilenglicol es g. DTc = Kc m Kc agua = C/m = 3.202 kg disolvente 478 g x 1 mol 62.01 g m = moles de soluto masa del disolvente (kg) = 2.41 m DTc = Kc m = C/m x 2.41 m = C DTc = T c – Tc Tc = T c – DTc = C – C = C Clara Turriate

45 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. (0,4 atm) ¿Qué concentración en g/L habría de tener una solución de anilina en agua, para que su presión osmótica a 18ºC sea de 750 mm Hg? (PM= 93.12) (3,85 g/L)

46 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.(1,488x10-4 M) b) La masa molecular de la hemoglobina.(67165,8 g/mol)

47 ... aplicación Una solución acuosa de glucosa es m ¿cuáles son el punto de ebullición y el punto de congelación de esta solución? (100,011 ºC y – 0,041 ºC) ¿Cuántos gramos de etilenglicol, CH2OHCH2OH, se deben adicionar a 37.8 g de agua para dar un punto de congelación de °C? (0,189 g) Se disolvió una muestra de 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) (127,38 g/mol)

48 ... aplicación Una solución líquida consiste en 0,35 fracciones mol de dibromuro de etileno, C2H4Br2, y 0,65 fracciones mol de dibromuro de propileno, C3H6Br2. Ambos son líquidos volátiles; sus presiones de vapor a 85°C son 173 mm Hg y 127 mm Hg, respectivamente. Calcule la presión de vapor total de la solución. (143,1 mm Hg)

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

50 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 P = P°A XB = 23,8 x = 0,5236 mm de Hg