Propiedades físicas de las disoluciones

Capítulo 12

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12.1

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.

El soluto son la o las sustancias presentes

en cantidades más pequeñas. El disolvente es una sustancia presente en cantidad más grande.

Una disolución saturada contiene la máxima cantidad de un soluto que se disolverá en un disolvente en particular, a una temperatura específica.

Una disolución no saturada contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver.

Una disolución sobresaturada contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada.

En una disolución sobresaturada de acetato de sodio, al agregar un pequeño cristal como semilla se forman rápidamente cristales de acetato de sodio.

12.1

12.2

Tres tipos de interacciones en el proceso de disolución:

• interacción disolvente-disolvente• interacción soluto-soluto• interacción disolvente-soluto

Hsoln = H1 + H2 + H3

Disolvente

Disolución

Soluto

Etapa 1 Etapa 2

Etapa 3

“lo semejante disuelve lo semejante”

Es probable que dos sustancias con fuerzas intermoleculares similares sean solubles en cada una de las otras.

• moléculas no polares son solubles en los disolventes no polares

CCl4 en C6H6

• moléculas polares son solubles en disolventes polares

C2H5OH en H2O

• los compuestos iónicos son más solubles en los disolventes polares

NaCl en H2O o NH3 (l) 12.2

Unidades de concentraciónLa concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de una disolución.Porcentaje en masa

% en masa = x 100%masa de solutomasa de soluto + masa de disolvente

= x 100%masa de solutomasa de disolución

12.3

Fracción molar (X)

XA = moles de Asuma de moles de todos los componentes

Unidades de concentración (continuación)

M =moles de soluto

litros de disolución

Molaridad (M)

Molalidad (m)

m =moles de soluto

Masa de disolvente (kg)

12.3

¿Cuál es la molalidad de una disolución de 5.86 M de etanol (C2H5OH) cuya densidad es 0.927 g/mL?

m =moles de soluto

masa de disolvente (kg)M =

moles de soluto

litros de disolución

Suponga 1 L de disolución:5.86 moles de etanol = 270 g etanol927 g de disolución (1000 mL x 0.927 g/mL)

masa de disolvente = masa de disolución – masa de soluto= 927 g – 270 g = 657 g = 0.657 kg

m =moles de soluto

masa de disolvente(kg)=

5.86 moles C2H5OH

0.657 kg disolvente= 8.92 m

12.3

Temperatura y solubilidad

La solubilidad de sólidos y la temperatura

La solubilidad disminuye al aumentar la temperatura

12.4

Cristalización fraccionada es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades.

Suponga que se tiene 90 g de KNO3 contaminada con 10 g NaCl.

Cristalización fraccionada:

1. Disuelva la muestra en 100 mL de agua a 600C

2. La disolución se enfría a 00C

3. Todo el NaCl permanecerá en la disolución (s = 34.2g/100g)

4. 78 g de KNO3 PURO se precipitará (s = 12 g/100g). 90 g – 12 g = 78 g

12.4Temperatura (°C)

Sol

ubil i

dad

Temperatura y solubilidad

La solubilidad de los gases y la temperatura

La solubilidad normalmente disminuye a medida que aumenta

la temperatura

12.4

Solu

bili d

ad

Temperatura

Presión y solubilidad de los gases

12.5

La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución (ley de Henry).

c = kPc es la concentración (M) del gas disuelto

P es la presión del gas sobre la disolución

k es una constante (mol/L•atm) que sólo dependede la temperatura

bajo P

bajo c

alto P

alto c

Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrólitos

Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.

Disminución de la presión de vapor

Ley de Raoult

Si la disolución contiene solo un soluto:

X1 = 1 – X2

P 10 - P1 = P = X2 P 1

0

P 10 = presión de vapor del disolvente puro

X1 = fracción molar del disolvente

X2 = fracción molar del soluto12.6

P1 = X1 P 10

PA = XA P A0

PB = XB P B0

PT = PA + PB

PT = XA P A0 + XB P B

0

Solución ideal

12.6

Pres

i ón

benceno

benceno

benceno tolueno

PT es mayor que la presiónque predice la ley de Raoult

PT es menor que la presiónque predice la ley de Raoult

FuerzaA-B

FuerzaA-A

FuerzaB-B< y Fuerza

A-BFuerza

A-AFuerza

B-B> y

12.6

Pres

ión

Pres

ión

Aparato de destilación fraccionada

12.6

Termómetro

Columna de fraccionamientoAgua

Agua

Refrigerante

Adaptador

Matraz receptor

Matraz de destilación

Parrilla

Elevación del punto de ebullición

Tb = Tb – T b0

Tb > T b0 Tb > 0

T b es el punto de ebullición del disolvente puro

0

T b es el punto de ebullición de la disolución

Tb = Kb m

m es la molalidad de la disolución

Kb es la constante molal de la elevación del punto de ebullición (0C/m)

12.6

Vapor

Líquido

Temperatura

Pres

ión

Puntode

congelación de la

solución

Punto

de congelación

del agua

Punto

de ebullición

del agua

Punto

de ebullición

de la disolución

Sólido

Disminución del punto de congelación

Tf = T f – Tf0

T f > Tf0 Tf > 0

T f es el punto de congelación del disolvente puro

0

T f es el punto de congelación de la disolución

Tf = Kf m

m es la molalidad de la disoluciónKf es la constante molal de la disminución del punto de congelación (0C/m)

12.6

Líquido

Vapor

Pres

ión

Sólido

TemperaturaPunto

de congelación

de la disolución

Punto

de congelación

del agua

Punto

de

ebullición

del agua

Punto

de ebullición

de la disolución

12.6

¿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 62.01 g.

Tf = Kf m

m =moles de soluto

masa del disolvente (kg)= 2.41 m=

3.202 kg disolvente

478 g x 1 mol62.01 g

Kf agua = 1.86 0C/m

Tf = Kf m = 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C

Tf = T f – Tf0

Tf = T f – Tf0 = 0.00 0C – 4.48 0C = -4.48 0C

12.6

Presión osmótica ()

12.6

La ósmosis es el paso selectivo de moléculas disolventes a través de una membrana porosa de una disolución diluida a una más concentrada. Una membrana del semipermeable permite el paso de moléculas del disolvente pero impide el paso de moléculas del soluto. Presión osmótica () es la presión requerida para detener la ósmosis

diluir más

concentrado

Presión osmótica

Membranasemipermeable

AltoP

BajoP

Presión osmótica ()

= MRT

M es la molalidad de la disoluciónR es la constante de gasT es la temperatura (en K) 12.6

Transferencia neta del disolvente

Una célula en:

disolución isotónica

disoluciónhipotónica

disoluciónhipertónica

12.6

Moléculas de aguaMoléculas de soluto

Propiedades coligativas de disoluciones de no electrólitos

Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no en la naturaleza de las partículas del soluto.

12.6

Disminución de la presión de vapor

P1 = X1 P 10

Elevación del punto de ebullición

Tb = Kb m

Disminución del punto de congelación

Tf = Kf m

Presión osmótica () = MRT

Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos

12.6

0.1 m NaCl disolución 0.1 m Na+ ions & 0.1 m Cl- ions

Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no en la naturaleza de las partículas del soluto.

0.1 m NaCl disolución 0.2 m iones en disolución

factor van’t Hoff (i) = número real de partículas en la disolución después de la disociación

número de unidades fórmula disueltas inicialmente en la disolución

no electrólitosNaClCaCl2

i debe ser

123

Elevación del punto de ebullición

Tb = i Kb m

Disminución del punto de congelación

Tf = i Kf m

Presión osmótica () = iMRT

Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos

12.7

Un coloide es una dispersión de partículas de una sustancia entre un medio dispersor, formado por otra sustancia.

Coloide contra disolución

• las partículas coloidales son mucho más grandes que las moléculas de soluto

• Una suspensión coloidal no es tan homogénea como una disolución

12.8

Acción limpiadora del jabón

12.8

Grasa

Cuerpo hidrofóbico

Cabeza hidrofóbica

Estearato de sodio