no se

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS

Al analizar el estado gaseoso, se afirmó que las moléculas gaseosas están ampliamente separadas unas de otras y se mueven con gran rapidez. Debido a esta amplia separación y al movimiento rápido, las fuerzas de atracción entre las moléculas son insignificantes para un gas perfecto o ideal.

Lo mismo se aplica a los gases reales a condiciones de temperatura y presión. Esto se debe al hecho que a medida que el movimiento de las moléculas va disminuyendo o al hecho que al ser forzadas a agruparse por el aumento en la presión, las fuerzas de atracción que existen en todas las sustancias reales pasan a ser importantes.

Una vez que el gas se ha enfriado, el gas cambia al estado líquido. En un líquido las partículas se atraen unas a otras y se agrupan, pero aún así gozan de libertad para moverse libremente. El estado líquido es considerado como una condición intermedia entre un gas y un sólido.

Una muestra de líquido tiene un volumen definido independiente del tamaño del recipiente que lo contiene. Sin embargo no posee forma determinada, pero toma la forma del recipiente que lo contiene. Además los líquidos poseen densidades más altas que los gases y son muy difíciles de comprimir.

Evaporación

Los líquidos y gases se componen de moléculas en movimiento es contrarrestado en parte por la fuerza de cohesión y los choques entre moléculas. Sin embargo, éstas se mueven en todas direcciones, rebotando al chocar con las paredes de la vasija y en la superficie del líquido mismo.

Algunas de las moléculas que llegan a esta superficie poseen energía cinética suficiente para vencer la fuerza de cohesión, y se escapan del líquido, convirtiéndose en moléculas gaseosas en el espacio situado encima. Esta separación de moléculas, que solamente tiene lugar en la superficie del líquido, se llama evaporación. Es evidente que al aumentar el área de la superficie es mayor el número de moléculas que escapan del líquido en la unidad de tiempo.

La energía cinética media de las moléculas aumenta al elevarse la temperatura; así pues, a medida que se eleva la temperatura de un líquido se hace mayor la velocidad de sus moléculas y por tanto también el número de éstas que dejan el líquido en la unidad de tiempo. Las moléculas desprendidas al pasar al estado gaseoso se mueven con más libertad. Algunas vuelven al líquido (se condensan).

Presión de vapor

Cuando un líquido se evapora en un sistema cerrado, algunas de las moléculas en el estado de vapor, o gaseoso, chocan con la superficie y regresan al estado líquido por el proceso de condensación. La intensidad de condensación aumenta hasta que es igual a la de evaporación. En este punto se dice que el espacio sobre el líquido está saturado con vapor, y se establece o existe un equilibrio, o estado estacionario, entre el líquido y el vapor. La ecuación del equilibrio es:

Vaporización

Líquido Vapor

Condensación

Este equilibrio es dinámico; ambos procesos, evaporación y condensación, se efectúan continuamente, aun cuando no se pueda ver o medir un cambio. El número de moléculas que salen del líquido en determinado intervalo de tiempo es igual al número de moléculas que regresan al mismo.

En el equilibrio, las moléculas de vapor ejercen una presión como cualquier otro gas. La presión que ejerce un vapor en equilibrio con su líquido se llama presión de vapor del líquido. La presión de vapor se puede imaginar como una presión interna, una medida de la tendencia "escapista" de las moléculas para pasar del estado líquido al gaseoso. La presión de vapor de un líquido es independiente de la cantidad presente del líquido y vapor, pero aumenta cuando lo hace la temperatura.

Cuando volúmenes iguales de agua, éter etílico y alcohol etílico se colocan en recipientes separados y se dejan evaporar a la misma temperatura, se observa que el éter vaporiza más rápidamente que el alcohol, el cual a su vez se evapora más rápidamente que el agua. Este orden en la evaporación coincide con el hecho de que el éter tiene una mayor presión de vapor a cualquier temperatura determinada que el alcohol etílico o que el agua. Un motivo de esta mayor presión de vapor es que la atracción es menor entre las moléculas de éter que entre las moléculas de alcohol o entre las moléculas de agua.

Tensión superficial:

¿Han observado al agua y al mercurio en forma de pequeñas gotas? Estos líquidos toman la forma de gotas debido a la tensión superficial de los líquidos. Una gotita de líquido que no cae o no está bajo la influencia de la gravedad (cómo en un transbordador espacial) asumirá la forma de una esfera. La esfera es la forma geométrica que tiene un mínimo de superficie. Las moléculas dentro del líquido son atraídas hacia las demás moléculas del líquido que las rodean, Sin embargo, en la superficie del mismo, la atracción casi toda es hacia adentro, tirando de la superficie para hacerla tomar una forma esférica.

La resistencia de un fluido a un aumento de su área superficial se llama tensión superficial del líquido. Las sustancias con grandes fuerzas de atracción entre sus moléculas tienen tensiones superficiales altas. El efecto de la tensión superficial en el agua se muestra por el fenómeno de una aguja que flota en una superficie del agua en reposo. Otros ejemplos son el movimiento de los mosquitos o zancudos sobre el agua de un estanque tranquilo, o el agrupamiento de gotas de agua en un vehículo recién encerado.

Los líquidos también presentan un fenómeno que se llama capilaridad o acción capilar , que es el ascenso espontáneo de un líquido dentro de un tubo estrecho. Este efecto es consecuencia de las fuerzas de cohesión del líquido, y la fuerza de adhesión entre el líquido y la pared del recipiente. Si las fuerzas entre el líquido y el recipiente son mayores que aquéllas en el interior del líquido mismo, este subirá por la pared del recipiente.

El menisco en la superficie de los líquidos, es una evidencia más de esas fuerzas de cohesión y adhesión. Cuando se coloca un líquido dentro de un cilindro de vidrio, su superficie adquiere una forma curva llamada menisco . La forma cóncava del menisco indica que las fuerzas de adhesión entre el vidrio y el líquido (agua) son más fuertes que las fuerzas de cohesión dentro del líquido. En una sustancia no polar como el mercurio, el menisco es convexo, lo cual indica que las fuerzas de cohesión dentro del mercurio son mayores que las fuerzas de adhesión entre la pared de vidrio y el mercurio.

Punto de Ebullición

La temperatura de ebullición de un líquido se relaciona con su presión de vapor. Se determinó que la presión de vapor aumenta cuando aumenta la temperatura. Cuando la presión de vapor interna de un líquido es igual a la presión externa, el líquido hierve (por presión externa se entiende la presión de la atmósfera sobre el líquido). La temperatura de ebullición de un líquido puro permanece constante siempre que no varíe la presión externa. El punto de ebullición (p. eb.) del agua es 100 °C. a 1 atm de presión.

El hecho importante en este caso es que el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del agua o de otro líquido es igual a la presión atmosférica o normal a nivel del mar. Estas relaciones llevan a la siguiente definición: El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa sobre el mismo.

Podemos ver fácilmente que un líquido tiene una infinidad de puntos de ebullición. Cuando se da el punto de ebullición de un líquido, también se debe dar la presión a la que se determina. Cuando expresamos el punto de ebullición sin citar la presión, se entiende que se trata del punto de ebullición normal, a la presión estándar (760 torr). En la siguiente tabla se aprecia que el punto de ebullición normal del éter etílico está entre 30 °C y 40 °C, y para el alcohol etílico entre 70 °C y 80 °C. porque, para cada sustancia, la presión de 760 torr queda entre las temperaturas citadas.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Sustancia Punto de ebullición (º C) Punto de fusión (º C) Calor de evaporación Cal/g Calor de fusión Cal/g Cloruro de etilo Éter etílico Alcohol etílico Agua 13 34.6 78.4 100.0 -139 -116 -112 0 92.5 83.9 204.3 540 - - 24.9 80.0

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Punto de solidificación o punto de congelación Cuando se retira calor de un líquido, éste se enfría cada vez más, hasta que se alcanza una temperatura a la que se comienza a solidificar. Un liquido que se transforma en sólido se dice se solidifica . Cuando se calienta un sólido continuamente, se alcanza una temperatura a la cual el sólido comienza a derretirse o licuarse. Un sólido que se transforma en líquido se dice que se funde .

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS La temperatura a la que la fase sólida de una sustancia está en equilibrio con su fase líquida se llama punto de solidificación (punto de fusión) . La ecuación de equilibrio es: Fusión Sólido Líquido Solidificación

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Propiedades del agua. Físicas. El agua pura es un líquido inodoro, insípido, transparente y prácticamente incoloro pues sólo en grandes espesores presenta un tono débilmente azulado o azul-verdoso.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS La densidad del agua aumenta anormalmente al elevar la temperatura de 0º C a 4º C en que alcanza su valor máximo de 1 g/cm 3 . Por encima o por debajo de esta temperatura el agua se dilata y la densidad disminuye según se observa en la tabla siguiente en la que se incluye la densidad del hielo con fines comparativos.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Otra propiedad anormal del agua es su expansión considerable al pasar al estado sólido. El agua congela a 0º C y se convierte en hielo y como la densidad disminuye, el hielo que se forma flota sobre el agua.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS El comportamiento especial del agua en lo que respecta a la variación anormal de la densidad y en los valores elevados de los calores latentes de fusión y de vaporización, puede explicarse mediante la asociación de sus moléculas determinada en parte por el carácter polar de las mismas y fundamentalmente por el enlace de puentes de hidrógeno.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Químicas. El agua tiene una gran importancia como medio en el que se verifican numerosos procesos químicos. Todas las reacciones asociadas con la vida vegetal o animal necesitan la presencia del agua para proseguir dentro del organismo viviente. Hasta la descomposición de la materia orgánica provocada por bacterias requiere la presencia de humedad. Las frutas, verduras y carnes desecadas tardan mucho tiempo en descomponerse y, por ello, la desecación de los alimentos constituye el método más económico e importante para conservarlos.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Muchas reacciones no se verifican o bien transcurren con velocidad muy pequeña si no existen al menos indicios de agua, la cual actúa como catalizador. El agua es un compuesto fuertemente exotérmico pues su calor de formación es igual a 68320 Cal/mol y, en consecuencia, será un compuesto muy estable requiriendo para descomponerse grandes cantidades de energía.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS El agua reacciona con muchos metales desprendiendo hidrógeno, los metales muy activos reaccionan a la temperatura ordinaria, incluso violentamente, pero los menos activos requieren temperaturas elevadas.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS El agua se une a un gran número de óxidos dando lugar a los ácidos y bases y se une también a otros muchos compuestos, especialmente sales, formando hidratos , en los que el agua mantiene su individualidad molecular. El agua da lugar también con muchas sustancias a reacciones de doble descomposición que reciben el nombre de hidrólisis .

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Hidratos. Cuando algunas sustancias sólidas se disuelven en agua y la solución se deja evaporar lentamente la sustancia disuelta se separa, cristaliza , en forma de cristales que contienen cantidades definidas de agua. Así, por ejemplo, si se disuelve en agua sulfato cúprico se obtiene una solución azul.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Al evaporar el agua se depositan cristales azules cuyo análisis muestra la composición siguiente: 63.93% CuSO 4 y 36.07% de agua. Si estos cristales azules se calientan, se desprende agua y queda nuevamente un polvo blanco que es el sulfato anhidro. CuSO 4 + H 2 O CuSO 4 . 5H 2 O

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Estos compuestos de adición del agua a muchas sustancias, generalmente sales, se denominan hidratos. El agua de un hidrato se llama agua de hidratación y más frecuentemente, agua de cristalización.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Sustancias higroscópicas: delicuescencia y eflorescencia. Muchas sales anhidras y otras sustancias absorben agua de la atmósfera. A esas sustancias se las llama higroscópicas .

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Algunos compuestos continúan absorbiendo agua más allá de la etapa del hidrato y forman soluciones. Una sustancia que sigue absorbiendo agua de la atmósfera hasta formar una solución, se denomina delicuescencia . Los compuestos de este tipo son útiles como agentes secantes (desecadores). Las sustancias más utilizadas son: cloruro de calcio anhidro, sulfato de magnesio, sulfato de sodio, sulfato de calcio, la gel de sílice y el pentóxido de difósforo-

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Al proceso por el que los materiales cristalinos pierden agua espontáneamente al ser expuestos al ambiente se denomina eflorescencia . La sal de Glauber, sulfato de sodio decahidratado, que es una sal cristalina transparente, pierde agua al exponerla al aire.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Clases de agua Aguas minerales . Las aguas de los ríos y de la lluvia penetran en la corteza terrestre por las grietas de las rocas, para formar caudales subterráneos donde se combina con elementos que se encuentran en las diversas capas terrestres por las que atraviesan, hasta brotar al exterior. Según los minerales con los que se combinen las aguas, serán éstas ferruginosas (hierro), sulfurosas (azufre), alcalinas (calcio).

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Agua dulce . Es la que no contiene sino una pequeña cantidad de sales en disolución. Para que sea potable, es decir para poder emplearla en la alimentación, no debe contener microbios, debe ser aireado y sin olor ni sabor. Para esto hay necesidad de filtrarla usando capas de carbón, arena o piedra pómez.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Aguas saladas . Son las que contienen grandes porciones de cloruro de sodio (sal común), como el agua de los mares y de algunos lagos. Agua dura . El agua que contiene en solución cantidades apreciables de compuestos de calcio y magnesio, se llama agua dura porque la acción química de estos compuestos sobre el jabón origina un producto insoluble.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Los compuestos de calcio y magnesio presentes en el agua son casi siempre cloruros, sulfatos y bicarbonatos. Aunque el carbonato de calcio es muy poco soluble en agua, en contacto con el dióxido de carbono contenido siempre en las aguas naturales se transforma en bicarbonato, el cual es más soluble. Si el agua se hierve, los bicarbonatos se descomponen en los carbonatos, que precipitan, Ca(HCO 3 ) 2  CaCO 3  + H 2 O + CO 2

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Y, por ello, la dureza debida a los bicarbonatos de calcio y magnesio disueltos en el agua se denomina dureza temporal o de carbonatos porque puede eliminarse por ebullición del agua si bien se suprime agregando la cantidad equivalente de hidróxido de calcio, que se conoce como cal apagada, Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2  CaCO 3  + 2 H 2 O

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS O bien de sosa cáustica, NaOH, o de amoníaco en disolución, Ca(HCO 3 ) 2 + 2Na(OH)  CaCO 3  + Na 2 CO 3 + 2 H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 + 2NH 3  CaCO 3  + (NH 4 ) 2 CO 3 La dureza producida por los compuestos solubles de calcio y magnesio no puede eliminarse de esta manera y se conoce como dureza permanente.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Contaminación del agua El agua contaminada se caracterizaba antes como la de aspecto turbio, con mal olor o sabor, y con bacteria patógenas. Sin embargo, factores como la creciente población, las necesidades industriales de agua, la contaminación atmosférica, los tiraderos de deshechos tóxicos y el uso de pesticidas han modificado mucho el problema de la contaminación del agua. Muchos de los nuevos contaminantes no son eliminados ni destruidos mediante los procesos normales de tratamiento del agua.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Muchos brotes de enfermedades o envenenamientos, como tifoidea, disentería y cólera, puede atribuirse directamente al agua contaminada ("impotable"). Los ríos y arroyos son receptores donde fácilmente los centros urbanos descargan los desechos industriales y domésticos. Gran parte de ésta agua se usa de nuevo corriente abajo y es descargada de nuevo a curso de agua. El proceso se puede repetir muchas veces.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Oxígeno disuelto y calidad de agua La cantidad del O 2 disuelto en agua es un indicador importante de la calidad de la misma. El agua completamente saturada de aire a 1 atm y 20º C contiene alrededor de 9 ppm de O 2 . El oxígeno es necesario para los peces y para muchas otras formas de vida acuática. Los peces de agua fría requieren aproximadamente 5 ppm de oxígeno disuelto para sobrevivir. Las bacterias aerobias consumen oxígeno disuelto para oxidar materiales orgánicos y satisfacer así sus necesidades de energía. El material orgánico que las bacterias son capaces de oxidar es biodegradable . Esta oxidación ocurre a través de un conjunto complejo de reacciones químicas, y el material orgánico desaparece gradualmente.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Las cantidades excesivas de materiales biodegradables en el agua son perjudiciales porque agotan en el agua el oxígeno necesario para sustentar la vida animal normal. De hecho, estos materiales biodegradables se conocen como desechos que demandan oxígeno . Las fuentes típicas de desechos que demandan oxígeno son las aguas residuales, los desechos industriales de plantas procesadoras de alimentos y fábricas de papel, y el efluente (desechos líquidos) de las plantas empacadoras de carnes.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS En presencia de oxígeno, el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el azufre y el fósforo del material biodegradable se convierten principalmente en CO 2, HCO 3 -1 , H 2 O, NO 3 -1 , SO 4 -2 y fosfatos. Estas reacciones de oxidación reducen a veces la cantidad de oxígeno disuelto hasta el punto en el que las bacterias aerobias ya no pueden sobrevivir. Las bacterias anaerobias, se hacen cargo entonces del proceso de descomposición y forman CH 4 , NH 3 , H 2 S, PH 3 y otros productos, varios de los cuales contribuyen al olor desagradable de ciertas aguas contaminadas.

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Los nutrimentos de los vegetales, en particular el nitrógeno y el fósforo, contribuyen a la contaminación del agua estimulando el crecimiento excesivo de plantas acuáticas. Los resultados más visibles del crecimiento vegetal excesivo son algas flotantes y aguas turbias. Sin embargo, algo más significativo es que, conforme el crecimiento vegetal se hace excesivo, la cantidad de materia vegetal muerta y en descomposición aumenta rápidamente, un proceso que se llama eutrificación .

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS Las plantas en descomposición consumen O 2 al ser biodegradadas, lo que origina el agotamiento del oxígeno del agua. Sin reservas suficientes de oxígeno el agua, a su vez, es incapaz de sustentar cualquier forma de vida animal. Las fuentes más importantes de compuestos de nitrógeno y fósforo en el agua son las aguas residuales domésticas (detergentes que contienen fosfatos y desechos corporales que contienen nitrógeno), residuos líquidos de las tierras agrícolas /fertilizantes que contienen nitrógeno y fósforo) y desechos líquidos de áreas de cría de ganado (desechos animales que contienen nitrógeno)