Disoluciones

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Disoluciones

  1. 1. Química General I Profesor: Ing. Justo Huayamave N. CAPITULO 5: Soluciones
  2. 2. Soluciones y sus propiedades – Contenido  Solubilidad: efecto de temperatura y presión.  Formas de expresar la concentración;  Tanto por ciento,  Molaridad  Normalidad  Molalidad  Fracción-mol  Partes por millón (p.p.m.)  Clases de soluciones:  diluidas y concentradas.  saturadas, insaturadas y sobresaturadas;
  3. 3. Soluciones y sus propiedades – Contenido  Tipos de soluciones: gaseosas, liquidas y sólidos.  Naturaleza de las soluciones: solvente y soluto;  soluciones moleculares,  soluciones iónicas,  dispersiones coloidales y las superposiciones.  Método de preparación: soluciones sólido- líquido.  Métodos de determinación de la concentración de soluciones.
  4. 4. Soluciones y sus propiedades – Contenido  Propiedades coligativas;  Abatimiento de la presión de vapor,  Ósmosis y la presión osmótica,  Abatimiento del punto de congelación,  Elevación del punto de ebullición.  Soluciones líquidas en líquidos. La ley de Raoult.  Solución gas líquido. Ley de Henry.  Coloides: tipos de coloides, coagulación, asociación coloidal.
  5. 5. Solución o Disolución  Mezcla homogénea de dos o mas sustancias.  Están formadas por solvente (disolvente) y soluto.  Solvente: medio en cual se disuelve el soluto y se encuentra en mayor cantidad o porcentaje en la solución.
  6. 6. Tipos de soluciones  Existen soluciones gaseosas, líquidas y sólidas. Estado de la Estado del disolvente Estado del soluto Ejemplo disolución Gas Gas Gas Aire Líquido Líquido Gas Oxígeno en agua Líquido Líquido Líquido Alcohol en agua Líquido Líquido Sólido Sal en agua Sólido Sólido Gas Hidrógeno en platino Sólido Sólido Líquido Mercurio en plata Sólido Sólido Sólido Plata en oro
  7. 7. Proceso de disolución  Los procesos proceden hacia una disminución de energía, e incrementando el desorden en el sistema.  La facilidad del proceso de disolución depende de dos factores:  Cambio de energía (entalpía) exotérmica o endotérmica.  Cambio de desorden (entropía) que acompaña al proceso.
  8. 8. Fuerzas intervenientes en el proceso de disolución  Atracciones soluto-soluto  Atracciones disolvente-disolvente.  Atracciones disolvente-soluto.
  9. 9. Soluciones saturadas  Es aquella que se encuentra en equilibrio dinámico con el soluto no disuelto, a una determinada temperatura. Velocidad de disolución Soluto sin Soluto disolver disuelto Velocidad de cristalización
  10. 10. Soluciones saturadas Velocidad de Velocidad de disolución cristalización Soluto Soluto no disuelto disuelto
  11. 11. Soluciones insaturadas  Aquella en la cual la concentración del soluto es menor que en una solución saturada, bajo las mismas condiciones. Efecto de la temperatura en la solubilidad  Exotérmico: reactivos  productos +calor  Endotérmico: reactivos +calor  productos
  12. 12. Efecto de la temperatura en la solubilidad  Exotérmico: reactivos  productos+calor  Endotérmicos: reactivos+calor  productos
  13. 13. Formas de expresar la concentración  Formas cuantitativas La concentración de una solución indica la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de una disolución.  Porcentaje en masa,  Fracción-molar  Molaridad  Molalidad  Normalidad  Partes por millón (p.p.m.)
  14. 14. Porcentaje en masa masa del soluto Porcentaje en masa = *100% masa de la disolución Fracción molar moles del soluto Xsoluto = moles soluto + masa disolvente
  15. 15. Molaridad (M) moles del soluto moles M= ; unidades : litros de disolución L Molalidad (m) moles del soluto m= Kg de disolvente
  16. 16. Normalidad (N) número equivalente gramo N= litros de disolución Partes por millón (p.p.m.) mg de soluto p.p.m. = L disolución
  17. 17. Ejercicio  1.-Calcule el porcentaje de cloruro de sodio si se disuelven 19.0g de esta sal en suficiente agua para hacer 75g de solución. Solución: m soluto Porcentaje en masa = *100% m disolución 19.00g NaCl = *100% = 25.33% 75g solución  2.-Calcule los gramos de sulfato de potasio que deben disolverse en 350g de H2O para tener una disolución al 17% de concentración en masa.
  18. 18. Ejercicio  3.-Calcule la molaridad de una solución compuesta por 75.5g de alcohol etílico (C2H5OH) en 450mL de disolución. Solución: n # moles M= V(L)solución masa 75.5 g n # moles = = = 1.8875moles Peso molecular 40 g / mol 1L 1.8875 moles VLitros = 450mL * = 0.45L M= = 4 .2 M 1000mL 0.45L
  19. 19. Ejercicio 4.-Calcule la normalidad de una disolución que tiene un volumen de 975mL y en la que están disueltos 8.85g de hidróxido de sodio. Solución: masa número eq.g = 0.22125 1 eq.g N= NaOH 0.975L Peso Molecular número de eq.g 1 eq.g NaOH = N= # OH - L disolución N = 0.227 40 1 eq.g NaOH = = 40 g 1 8.85g número eq.g = = 0.22125 40g
  20. 20. Ejercicio 5.-Calcule la molaridad, molalidad, y normalidad de una solución de nitrato de calcio Ca(NO3)2 al 25% (densidad de la solución = 1.21g/mL). Solución: De 100g de disolución = 25g Ca(CO3)2 + 75g H2O masa 1 mol Ca(CO 3 ) 2 n # moles = = 25.g Ca(CO 3 ) 2 * = 0.152moles Peso molecular 164 gCa(CO 3 ) 2 m 100 g solución VLitros = = = 82.64cm 3 = 0.082 L δ 1.21g /cm 3 n # moles 0.152 moles moles M= M= = 1 .8 M = 1 .8 V(L)solución 0.0826L L
  21. 21. Solución del ejercicio moles del soluto 0.152 moles m= m= = 2.02mol / Kg Kg de disolvente 0.075Kg # eq.g N= Lsolución 164g 0.3 1 eq.g Ca(NO3 ) 2 = = 82 g 2 N= = 3.63 0.0826 25g # eq.g = = 0 .3 82g
  22. 22. Propiedades coligativas de las disoluciones  Las propiedades físicas que dependen del número de las partículas del soluto en la disolución y no de naturaleza de las partículas del soluto se denominan propiedades coligativas. Abatimiento de la presión de vapor Elevación del punto de ebullición Abatimiento del punto de congelación Presión osmótica
  23. 23. Abatimiento de la presión de vapor  Ley de Roult  La presión de vapor de un disolvente en una solución ideal disminuye al reducir la fracción molar.  Matemáticamente se expresa: Pdisolvente = X disolvente P°disolvente  X disolvente: fracción molar del disolvente en la solución.  P°disolvente: presión de vapor del disolvente puro.  Pdisolvente: presión de vapor del disolvente en la solución.
  24. 24. Abatimiento de la presión de vapor ∆Pdisolvente = P°disolvente − Pdisolvente ∆Pdisolvente = P°disolvente − ( X disolvente P°disolvente ) ∆Pdisolvente = (1 − X disolvente ) P°disolvente  Ahora: X solvente + X soluto = 1  Entonces: ∆Pdisolvente = X soluto P°disolvente
  25. 25. Ejercicio 1.  1.-Determine el abatimiento de la presión de vapor a 25° C de una solución acuosa de sacarosa (C12H22O11) de 1.25m, la presión de vapor del agua pura a 25° C es de 23.8torr. 1kg H O = 1000g H O 2 2 Solución: 1 mol H 2 O 1000g H 2 O * = 55.5moles ∆Pdisolvente = X soluto P°disolvente 18g H 2 O 1.25 X soluto (sacarosa) = = 0.022 55.5 + 1.25 ∆P = 0.022(23.8torr ) = 0.524torr
  26. 26. Elevación del punto de ebullición 1 atm Líquido Disolvente líquido puro Presión de vapor Sólido Punto triple del disolvente Disolución Disolvente Punto de ebullición sólido puro de la disolución Gas Punto de congelación de la disolución Punto triple de Punto de ebullición la disolución Punto de congelación del disolvente del disolvente ΔTf Temperatura ΔTb
  27. 27. Elevación del punto de ebullición  NOTA: punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor en la superficie es igual a la presión atmosférica.  La presión de vapor de un disolvente a una temperatura dada, desciende por la presencia de soluto no volátil. ∆Tb = K b m ∆Tb Elevación del punto de ebullición del disolvente Punto de ebullición solución – ∆Tb punto de ebullición del disolvente Kb Constante de proporcionalidad – llamada constante molal del punto de ebullición
  28. 28. Constantes del punto de ebullición Disolvente Punto de ebullición °C Kb °C/m Agua 100 0.512 Benceno 80.1 2.53 Ácido acético 118.1 3.07 Nitrobenceno 210.88 5.24 Fenol 1.82 3.56
  29. 29. Ejercicio 1.  Cual es el punto de ebullición de una solución de sacarosa 1.25m. °C ∆Tb = 0.512 *1.25m m ∆Tb = 0.640°C  Punto de ebullición del agua 100°C.  Punto de ebullición de la solución: 100°C + 0.640°C = 100.64°C
  30. 30. Disminución del punto de congelación  El punto de congelación de soluciones de no electrolitos disminuye por la presencia de soluto no electrolito. ∆T f = K f m Punto de congelación del disolvente pero menor ∆T f punto de congelación de la solución ∆T1 = T ° f − T f Kf Constante de abatimiento del punto de congelación de una solución de un electrolito no volátil
  31. 31. Constantes del descenso del punto de congelación Punto de congelación Disolvente Kf °C/m °C Agua 0 1.86 Benceno 5.48 5.12 Ácido acético 16.6 3.90 Nitrobenceno 5.7 7.00 Fenol 43 7.40
  32. 32. Ejercicio.  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. evaluar Kf para el ácido fórmico. ∆T f ∆T f = k f m => k f = m
  33. 33. Solución ∆T f ∆T f = k f m => k f = m 15g C 2 H 5OH nsoluto nsoluto = = 0.326 m = 46g C 2 H 5OH 0.326 Kg solvente m = = 0.436 Kg solvente = 0.750Kg HCOOH 0.750 ∆ T f = T f ác. fórmico − T f solución = 8.40°C − 7.20°C = 1.20°C ∆T f 1.20°C Kf = = = 2.75°C / m m 0.436m
  34. 34. Propiedades coligativas de las disoluciones Ósmosis Presión osmótica
  35. 35. Presión osmótica  Osmosis: proceso espontáneo por el cual las moléculas del disolvente atraviesan una membrana semipermeable de una solución de menor concentración hacia una solución de mayor concentración de soluto. Membrana Presión semipermeable osmótica
  36. 36. Presión osmótica  La presión osmótica (Π) de una disolución en la que se requiere para detener la ósmosis.  La presión osmótica de una disolución esta dada por: Π = MRT  M: molaridad de la disolución  R: constante universal de los gases (0.082atm L/mol K)  T: temperatura absoluta.
  37. 37. Disoluciones con dos o mas componentes volátiles  Una disolución de componente A y B volátiles entonces: PA = X A P° A y PB = X B P° B  La presión total según Dalton es la suma de las presiones parciales: Ptotal = PA + PB = X A P° A + X B P° B
  38. 38. EJERCICIO:  A 20° C la presión de vapor del benceno (C6H6) es de 75torr, 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: Ptotal = Pbenceno + Ptolueno = X benc P°benc + X tolueno P°tolueno X benceno + X tolueno = 1 Ptotal = (1 − X tolueno ) P°benc + X tolueno P°tolueno
  39. 39. EJERCICIO: Solución: Ptotal = P°benc − X tolueno ( P°benceno − P°tolueno ) 35torr = 75torr − X tolueno ( 75torr − 22torr ) 40torr X tolueno = = 0.75 53torr X tolueno = 0.754 X benceno = 0.246
  40. 40. EJERCICIO:  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. Solución:
  41. 41. EJERCICIO: Solución: t = 63.5°C , P° H 2O = 1.75torr ; P°e tan ol = 400torr Masas iguales de agua y etanol: 100g 100 g nH 2O = = 5.559mol 18 g / mol a) 2.17 molC2 H 5OH X C2 H 5OH = = 0.28 2.17 molC2 H 5OH + 5.55molH 2O
  42. 42. EJERCICIO: Solución: b) PTOTAL = PC2 H 5OH + PH 2O PTOTAL = X C2 H 5OH P o C 2 H 5OH + X H 2O P o H 2O PTOTAL = 0.28(400) + 0.72(175) = 112 + 126 = 238torr c) PC2 H 5OH 112 X C2 H 5OH = = = 0.47 PTOTAL 238 PC2 H 5OH = X C2 H 5OH PC2 H 5OH = 0.28(400) = 112torr
  43. 43. Ejercicio Presión osmótica:  Una cantidad de agua se disuelve con 50g de sacarosa y se prepara una solución de sacarosa C12H22O11 1.25m. 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. 1 mol C12 H 22 O11 # moles C12 H 22 O11 = 50g de C12 H 22 O11 * = 0.146 moles C12 H 22 O11 342 g C12 H 22 O11 moles de C12 H 22 O11 moles de C12 H 22 O11 m solución = => # Kg Agua = # Kg Agua m solución 0.146moles de C12 H 22 O11 # Kg Agua = = 0.117 Kg H 2 O = 117 g H 2 O 1.25m
  44. 44. Ejercicio 1: Presión osmótica: Solución: Recuerde que 167g de solución contienen 50g de sacarosa y 117g de agua, por lo tanto el volumen de esta solución es: 1 mL Vsolución = 167g * = 125mL = 0.125L 1.34 g 0.146moles mol M solución = = 1.17 = 1.17 M 0.125 L L Con estos datos se procede a calcular la presión osmótica. L atm Π = MRT = (1.17mol/L) * (0.0821 )(298K) = 28.6 atm mol K
  45. 45. Ejercicio 2: Presión osmótica:  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
  46. 46. SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOS  Enla mayoría de los casos la solubilidad de los gases disminuye al incrementar la temperatura  Efectode la presión: William Henry determinó que la solubilidad de un gas aumenta a medida que la presión aumenta
  47. 47. LEY DE HENRY  S g = kPgas

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