Propietats col·ligatives de les dissolucions.

Presentación del tema: "Propietats col·ligatives de les dissolucions."— Transcripción de la presentación:

1 Propietats col·ligatives de les dissolucions.
Les propietats col·ligatives de les dissolucions són aquelles propietats que depenen de la concentració. Aquestes són: Descens del punt de fusió del dissolvent, o descens crioscòpic. Ascens del punt d’ebullició del dissolvent, o ascens ebulloscòpic. Pressió osmòtica. Descens relatiu de la pressió de vapor.

2 Justificació de les propietats col·ligatives.
Les quatre propietats col·ligatives de les dissolucions són degudes a la variació del potencial químic del dissolvent per la presència del solut. El potencial químic és l’energia de Gibbs molar de la mescla, per tant: Si l’energia que resulta és més petita que 0, el sistema allibera energia quan es forma la dissolució i per tant apareixerà com a fase estable. Així la dissolució serà estable si es compleix Per tant la presència del solut fa que disminueixi el potencial químic del dissolvent, la qual cosa justifica la variació de les propietats d’aquests, en funció de la concentració del solut.

3 Expressió del potencial químic (1).
Per a arribar a una expressió del potencial químic hem d’aplicar a l’expressió de l’energia de Gibbs la condició de gas ideal: Si integrem l’equació corresponent surt: Com que el potencial químic és l’energia de Gibbs per mol ens queda:

4 Expressió del potencial químic (2).
Si considerem que estem comparant entre la pressió de vapor del dissolvent pur i del dissolvent a la dissolució, doncs. Per tant en tots els casos, es parteix d’aquesta expressió: Per tant les propietats col·ligatives només dependràn de la concentració del solut, ja que el dissolvent es troba en concentracions tan elevades que la seva concentració no varia.

5 Descens relatiu de la pressió de vapor.
Quan un solut es dissol en un dissolvent s’observa que varia la seva pressió de vapor. La pressió de vapor de la dissolució varia envers la pressió de vapor del dissolvent pur segons la fracció molar del dissolvent: De fet aquesta és la causa de l’augment ebulloscòpic. Per altra banda, com que durant una destil·lació s’ha de complir també a la fase vapor: Resulta que el destil·lat té la mateixa composició que el vapor, la qual cosa fa que es vagi enriquint en el component més volàtil, per tant també és l’explicació de la destil·lació. En aquest diagrama de fases es mostra el procés de la destil·lació de l’etanol. Quan el líquid bull, es forma un vapor amb la composició que indica la llei de Raoult. A partir d’aquest vapor es forma un destil·lat de la mateixa composició, però com a resultat com que la pressió de vapor més alta serà la del component més volàtil, a cada etapa de destil·lació es va enriquint en el component més volàtil.

6 Llei de Raoult. També podem posar la llei de Raoult en funció de la fracció molar del solut: Per tant, quedarà: El signe negatiu és degut a què la pressió de vapor de la dissolució és més petita que la del dissolvent pur.

7 Descens crioscòpic. El descens crioscòpic és el descens del punt de fusió del dissolvent degut a la presència del solut. Aquesta propietat és la que fa que l’aigua del mar congeli a una temperatura menor de 0ºC, i la que fa que quan hi ha risc de gelades es vessi sal sobre la carretera, per a que no es formi gel, donat que la dissolució d’aigua amb sal congela a temperatures menors de 0ºC. Operari vessant sal sobre una carretera nevada. El punt de fusió de la dissolució de sal i aigua és més baix que el de l’aigua sola, per tant el gel es desfà. L’aigua de l’oceà es manté líquida perquè té un punt de fusió més baix que el de l’aigua dolça que forma els icebergs.

8 Càlcul del descens crioscòpic.
El descens crioscòpic es calcula amb la següent expressió: On Kc és la constant crioscòpica del dissolvent i que és diferent per a cada dissolvent. Per altra banda m és la molalitat (mol de solut/Kg de dissolvent) del solut. El signe negatiu és degut a que estem parlant d’una variació negativa, el punt de fusió de la dissolució és més petit, no més gran.

9 Ascens ebulloscòpic. De la mateixa manera que minva el punt de fusió, n’augmenta el punt d’ebullició. Per la presència del solut el dissolvent bull a una temperatura més alta que ho faria pur. L’ascens ebulloscòpic es calcula amb la següent expressió: On Keb és la constant ebulloscòpica del dissolvent i que és diferent per a cada dissolvent. Per altra banda m és la molalitat (mol de solut/Kg de dissolvent) del solut

10 Pressió osmòtica. La pressió osmòtica apareix quan es posa en contacte una dissolució amb el seu dissolvent pur, separats per una membrana semipermeable. La membrana semipermeable deixa passar només el dissolvent però no el solut. No deixa passar el solut perquè la membrana té uns porus que son prou amples per a què passin les molècules de dissolvent, però no les de solut, degut a que sovint les seves molècules són mes grans i a més arrosseguen una gran quantitat de dissolvent adherit per solvatació. Per aquesta raó a la òsmosi inversa també se li diu sovint filtració molecular, al igual que la filtració depèn de la grandària del porus del filtre i la grandària de la partícula que reté. Procés d’òsmosi inversa (dreta). En condicions normals passa el dissolvent a la dissolució, fins que arriba a l’equilibri. Es pot revertir el procés aplicant pressió. A l’esquerra aparell d’òsmosi inversa.

11 Estudi experimental de la pressió osmòtica.
La pressió osmòtica s’estudia experimentalment posant en contacte una dissolució amb el seu dissolvent pur, separats per una membrana semipermeable, com apareix en el muntatge de la figura. Com que hi ha una diferència de concentració entre la dissolució i el dissolvent pur, si el solut no hi pot passar, s’hi introdueix dissolvent pur a la dissolució, donat que el solut no es pot difondre a traves de la membrana semipermeable. Esquema d’un osmòmetre Dutrochet.

12 Determinació experimental de la pressió osmòtica.
A mesura que es va introduint dissolvent el volum de la dissolució augmenta i augmenta l’alçada del líquid dintre del capil·lar. Arriba un moment en que l’alçada del capil·lar és tan gran que el procés es deté. L’alçada del líquid al capil·lar genera una certa pressió que es pot determinar mitjançant el principi fonamental de l’hidrostàtica.

13 Relació entre la concentració i la pressió osmòtica.
La relació entre la concentració i la pressió osmòtica és molt semblant a l’equació dels gasos ideals. Si pels gasos ideals teníem: Per a la pressió osmòtica tenim: Hem de dir que aquesta correspondència és casual, donat que no te cap fonament físic. Mentre que l’equació dels gasos ideals és experimental, l’expressió de la pressió osmòtica la traiem del potencial químic:

14 Fenòmens osmòtics. Degut a la pressió osmòtica, els peixos són molt sensibles a la salinitat. Un peix de mar, quan es fica dintre d’aigua dolça s’infla fins a esclatar, donat que la pressió osmòtica del medi ambient és més petita que la del seu medi cel·lular. Per altra banda, un peix d’aigua dolça, quan es fica dintre d’aigua de mar es desseca perquè la pressió osmòtica del medi ambient és més gran que el del seu medi cel·lular. Això és el que es diu xoc osmòtic. En realitat totes les cèl·lules són molt sensibles al xoc osmòtic, per això s’utilitzen sèrums isotònics que ténen la matixa pressió osmòtica que el sèrum sanguini, com a via per a injectar medicaments directament al torrent sanguini. Altrament si a una dissolució se li aplica una pressió igual a la pressió osmòtica s’aconsegueix que succeeixi el procés contrari, per tant a partir d’aigua del mar es pot obtenir aigua dolça, aplicant pressió, això és l’osmosi inversa. Cèl·lula que ha vessat el seu material genètic degut a un xoc osmòtic.