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UNIVERSIDAD INCA GARCILASO DE

LA VEGA

FACULTAD DE INGENIERIA ADMINISTRATIVA E INGENIERIA

INDUSTRIAL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA

ADMINISTRATIVA

QUIMICA GENERAL II

DOCENTE: ING. ROSARIO MARCOS MEZARINA

2015

2

PRIMERA UNIDAD

DISOLUCIONES

En este captulo veremos algunos conceptos utilizados en el estudio de la

qumica. Veremos algunos conceptos y fenmenos relacionados con los

lquidos que forman una disolucin, sus propiedades coligativas como son, la

disminucin de la presin de vapor, la elevacin del punto de ebullicin, la

disminucin del punto de congelacin y la presin osmtica. Por ejemplo el uso

de anticongelantes para bajar la temperatura de congelacin del agua, tiene

una gran aplicacin en los motores en zonas muy fras.

La formacin de las disoluciones dependen de dos factores: los tipos de

interacciones intermoleculares involucradas en el proceso de disolucin y la

tendencia natural de las sustancias de dispersarse.

Un sistema disperso es aqul en el cual, una o ms sustancias (fase dispersa)

se encuentran distribuidas en el interior de otra (medio de dispersin), en forma

de pequeas partculas. Las disoluciones vienen a ser una mezcla de dos o

ms sustancias, donde el soluto es la sustancia que se encuentra en menor

proporcin en comparacin del solvente. Estas pueden ser: lquidas, slidas y

gaseosas. Como ejemplos prcticos podemos citar: un jugo de papaya para el

estado lquido, un aro de plata 950 para el estado slido y el aire para el estado

gaseoso.

1.1 Fuerzas intermoleculares

Las fuerzas ion-dipolo predominan en las disoluciones de sustancias inicas en

agua, como por ejemplo una disolucin acuosa de NaCl, los iones Na+ y Cl- se

rodean de molculas de H2O (interacciones soluto solvente), que tienen un

dipolo grande. De esta forma las molculas de agua actan como un aislante

elctrico que mantiene a los iones separados. Este proceso explica lo que

ocurre cuando un compuesto inico se disuelve en agua. En cambio en una

molcula no polar como el tetracloruro de carbono (CCl4) no puede tener una

3

interaccin ion-dipolo, pero las fuerzas de dispersin son grandes cuando una

sustancia no polar como el benceno se disuelve en ella.

1.2 Proceso de disolucin

Las atracciones intermoleculares que mantienen unidas las molculas de los

lquidos y los slidos tienen una funcin importante en la formacin de

disoluciones. Cuando un soluto, se disuelve en un disolvente, las partculas del

soluto se dispersan en el disolvente, entonces la facilidad con que las

molculas del soluto reemplazan a las molculas del disolvente se debe a tres

tipos de interacciones:

Interaccin disolvente-disolvente

Interaccin soluto-soluto

Interaccin disolvente-soluto

Para que una sustancia se disuelva en otra es necesario separar las entidades

elementales que constituyen el soluto y el disolvente por separado, venciendo

las interacciones soluto- soluto y disolvente- disolvente y por otro lado se

establezcan interacciones soluto-disolvente, que sean ms intensas que las

primeras.

Todo este proceso conlleva a un balance energtico, es decir si el calor o

entalpa, HD > 0 el proceso de disolucin es endotrmico, por lo tanto el

proceso de disolucin se favorece al aumentar la temperatura y se produce

cuando la interaccin soluto-disolvente es mas dbil que las interacciones

soluto-soluto y disolvente-disolvente.

Si HD < 0 el proceso de disolucin es exotrmico, por lo que el proceso de

disolucin se favorece al disminuir la temperatura y se produce cuando la

interaccin soluto-disolvente es mayor que las atracciones soluto-soluto y

disolvente-disolvente.

Cuando las sustancias estn puras sus tomos tienen cierto orden, el cual se

destruye cuando el soluto se disuelve en el solvente, producindose la

disolucin.

4

La solubilidad es una medida de la cantidad del soluto que se disuelve en un

solvente a cierta temperatura. El dicho lo semejante disuelve a lo semejante,

nos ayuda a predecir la solubilidad de una sustancia en determinado solvente.

Dos lquidos son miscibles entre s, cuando son solubles completamente en

cualquier proporcin, como por ejemplo tenemos el etanol es miscible con agua

porque forma puentes de hidrgeno con las molculas de agua.

1.3 Tipos de disoluciones

Los componentes de las disoluciones pueden encontrarse en estado slido,

lquido o gaseoso, por lo tanto se pueden producir seis tipos de disoluciones:

Slido + Lquido Lquido

Slido + Slido Slido

Lquido + Lquido Lquido

Gas + Slido Slido

Gas + Lquido Lquido

Gas + Gas Gas

La mayora de las disoluciones son lquidas y el solvente ms utilizado es el

agua.

Segn la cantidad de los solutos en las disoluciones, estas pueden ser:

a) Saturada.- cuando contienen la mxima cantidad de soluto que puede

disolverse en un disolvente a una temperatura determinada.

b) No saturada.- cuando contiene menor cantidad de soluto capaz de

disolverse en un disolvente.

c) Sobresaturada.- cuando contiene mayor cantidad de soluto que una

solucin saturada. Estas disoluciones no son estables ya que

normalmente van a formar precipitados, como la cristalizacin.

1.4 Propiedades electrolticas de las disoluciones

El agua pura no conduce la corriente elctrica, entonces los solutos disueltos

en agua se pueden clasificar segn la conductividad de las disoluciones que

forman, por lo tanto se presentan dos tipos de solutos:

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a) No electrlitos, son disoluciones acuosas que no conducen la electricidad ,

estas sustancias generalmente son de tipo molecular y se disuelven como

molculas neutras por ejemplo: el azcar en agua, su ecuacin sera;

12 22 11 2 12 22 11( ) ( ) ( )C H O s HO l C H O ac

b) Electrlitos, son disoluciones acuosas que conducen la corriente elctrica,

estas sustancias existen en las disoluciones como iones, estos migran

cuando se les aplica un campo elctrico y transportan la corriente elctrica,

como ejemplo tenemos NaCl que al ser disuelto en agua los iones se liberan.

Los electrlitos pueden ser fuertes o dbiles. Los fuertes son los que se

disocian al 100% en sus iones cuando se encuentran en agua, en cambio los

dbiles no se disocian por completo, como ejemplo tenemos el cido actico.

El agua es un disolvente polar bastante efectivo en los compuestos inicos,

aunque cabe resaltar que el agua es una molcula elctricamente neutra,

tiene un polo positivo por los H+ y un polo negativo por el O-.

Cuando se produce una disolucin los iones son rodeados por molculas de

agua, destruyndose la red tridimensional de los iones de los slidos,

entonces tenemos una hidratacin que estabiliza los iones de la solucin.

Tabla N 1: Ejemplos de disoluciones acuosas

Electrlito fuerte Electrlito dbil No electrlito

HCl NH3 Glucosa

NaOH CH3COOH Metanol

H2SO4 HF Etanol

HNO3 C6H5COOH Sacarosa

NaCl C3H6O3 Urea

KCl HNO2

HClO4 CH3CH2NH2

1.5 Concentracin

Cuando se realiza un estudio cuantitativo a una disolucin nos permite conocer

la cantidad de soluto presente en la disolucin. A este proceso lo conocemos

como el mtodo de averiguar las concentraciones de las disoluciones.

6

1.5.1 Unidades de concentracin:

a) Porcentaje en masa.- o porcentaje en peso, es la relacin de la

masa de un soluto en la masa de la disolucin multiplicada por 100.

% % / 100masasoluto

masa m m xmasasolucion .(1)

Ejemplo (1); Cmo preparara 500 g de una solucin de NaCl al 35%

en peso?

Solucin:

Segn la ecuacin (1); 35% 100500

masadel solutox

g

De donde obtenemos masa del soluto = 175 g

Masa del solvente = 500 g 175g = 325 g

Esto significa que tendra que disolver 175 gramos de NaCl en 325

gramos de agua.

b) Partes por milln.- para concentraciones muy pequeas se utiliza

partes por milln (ppm).

6 10

masasolutoN ppm x

masasolucion ..(2)

Si la solucin acuosa resulta muy diluida, la densidad de la solucin

se considera igual a la densidad del agua (1 g/ml).

1

11mgdesoluto

ppmLdesolucion

c) Porcentaje en volumen.- es la relacin del volumen de un soluto en

el volumen de la disolucin multiplicada por 100.

7

% 100volumendel solutovvolumen xv volumendeladisolucion ..(3)

Ejemplo (2); Si un frasco de reactivos de 300 ml indica en una

etiqueta HNO3 al 25% en v/v, cmo se prepar dicha solucin?

Solucin; aplicando la ecuacin (3) tendremos:

325% 100300

volumenHNOx

ml

De donde: Volumen HNO3 = 75 ml

Volumen de agua = 225 ml

d) Fraccin molar.- es la relacin de las moles de un componente de la

disolucin en las moles totales de la disolucin, este valor es

adimensional.

iimoles

Xmolestotales

..(4)

Ejemplo (3): Si 45 g de MgCl2 se disuelven en 110 g de agua cul

es la fraccin molar de ambos componentes?

Solucin: Empezamos por hallar las moles de cada componente.

245

0.472[24.3 2(35.5)] /

masa gramosnMgCl moles

masamolar g mol

2110

6.1118 /gramos

nHO molesg mol

Entonces moles totales = 0.472 + 6.11 = 6.582 moles

Aplicamos la ecuacin (4) 20.472

0.076.582

molesXMgCl

moles

26.11

0.936.582

molesXHO

moles

Observamos que la suma de las fracciones molares es la unidad, lo

cual indica que nuestros resultados estn correctos.

8

e) Molaridad.- es la relacin entre el nmero de moles del soluto

disueltos en el volumen de la disolucin expresada en litros.

molesdel soluto

MLitrosdesolucion

..(5)

Ejemplo (4); Calcule la molaridad de cada una de las siguientes

disoluciones; (a) 6.57 g de metanol en 1.5 x 102 ml de disolucin, (b)

10.4 g de cloruro de calcio en 2.2 x 102 ml de disolucin.

Solucin; aplicamos la ecuacin (5):

(a) Metanol CH3OH 6.57

0.20532 /

gn moles

g mol

Molaridad 2

0.2051.367

11.5 10

1000

moles molesM Llitrox ml x

ml

(b) CaCl2 10.4

0.094111 /

gn moles

g mol

Molaridad 2

0.0940.427

12.2 10

1000

moles molesM Llitrox ml x

ml

Ejemplo (5): Cual es la molaridad de 500 ml de una disolucin de

NaOH, necesaria para que reaccione con 198 g de (NH4)2SO4 y se

produzca la siguiente reaccin?:

(NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2NH3 + 2H2O

Solucin; primero debemos calcular las moles de (NH4)2SO4:

198

1.5132 /

gn moles

g mol

Esteqiomtricamente tendremos:

4 2 4

4 2 4

1.5 ( ) 23

1 ( )molesde NH SO molesdeNaOH

molesdeNaOHmolde NH SO

9

3

60.5

molesdeNaOH molesM LL

f) Normalidad.- es la relacin entre el nmero de equivalentes-gramo

del soluto disuelto disueltos en el volumen de la disolucin expresada

en litros.

numerodeequivalentesgramodel soluto

NLitrosdesolucion

..(6)

pesoomasa

N equivalentes gramopesoequivalente

.(7)

Masamolecular

PesoequivalenteValenciadel compuesto

..(8)

La valencia de un compuesto es de acuerdo a la cantidad de protones

que ste tenga como es el caso de los cidos, o tambin por la

cantidad que han sido reemplazados como es el caso de las sales y

por la cantidad de oxhidrilos como es el caso de los hidrxidos.

De acuerdo a este valor puedo relacionar la molaridad con la

normalidad de cualquier solucin.

.N vM.(9)

Donde N = normalidad

M = molaridad

v = valencia del compuesto

Ejemplos (6): Indique la valencia de los siguientes compuestos:

a) HCl 1

b) NaOH 1

c) H2SO4 2

d) NaHSO4 1

e) Ca(NO3)2 2

f) MgCO3 2

10

g) Fe(OH)3 3

Ejemplo (7): Calcular la cantidad de NaOH y de agua que se

necesitan para preparar 1 L de una disolucin al 30% cuya densidad

es 1.22 g/ml. Cul es la normalidad de esta disolucin?

Solucin: de acuerdo a los datos hallamos la masa del soluto,

(NaOH);

1 1000 1.22 30%

3661 1 100%

litros ml ggramos

litro ml

Si un mol de NaOH es igual a un equivalente-gramo del NaOH la

normalidad ser:

366 1 19.15

40 1gramosNaOH molNaOH equiv gNaOH mol

litrogdeNaOH molNaOH

Para 1 litro de solucin, sta pesa 1220 gramos, entonces por

diferencia obtenemos la masa del solvente:

1220 g 366 g = 854 g de solvente (H2O)

Por lo tanto la solucin la preparamos pesando 366 gramos de NaOH

y le agregamos 854 gramos de agua (854 ml de agua).

Ejemplo (8): Calcular el volumen de cido sulfrico de densidad

1.827 g/ml y 92.77 % de H2SO4 que se necesita para preparar 10 L de

cido sulfrico 3N.

Solucin: de acuerdo a la ecuacin (9) tendremos;

3 2 1.5molesN xM M litro

2 42 4

9810 1.5 100% 1867.3

1 1 92.77%1.827gdeHSOlitros moles ml

mlHSOlitro mol g

g) Molalidad.- es la relacin entre las moles del soluto disueltos en la

masa del disolvente expresada en kg.

molesdel soluto

mkgdel solvente

..(10)

11

Ejemplo (9): Calcule la molalidad de 500 ml de una disolucin de NH3,

preparada con 28 g de NH3 disueltos en agua. La densidad de la

disolucin es 0.982 g/ml.

Solucin: primero calculamos los gramos de solucin para obtener la

masa del solvente;

500 0.982

4911

ml ggramos

ml

491 gramos de solucin 28 gramos de NH3 = 463 gramos de agua

Luego segn la ecuacin (10):

328

173.35

0.491

gNHgmol molm kgKgdeagua

1.6 Diluciones

Las diluciones se producen a partir de soluciones concentradas, es decir tengo

que agregar ms solvente para obtener una disolucin de menor

concentracin.

1 1 2 2M xV M xV..(11)

Donde:

M1 = molaridad de la solucin concentrada

V1 = volumen de la solucin concentrada

M2 = molaridad de la solucin diluida

V2 = volumen de la solucin diluida

Ejemplo (10): Cuntos ml de agua habr que aadir a 700 ml de una

disolucin de HNO3, 2 molar para obtener otra disolucin 0.8 molar?

Solucin: reemplazando en la ecuacin (11) tendremos;

22 700 0.8Mx ml MxV

2 1750V ml

1750 700 1050ml ml mldeagua

12

1.6 Anlisis volumtrico cuantitativo entre cidos y bases

Este anlisis consiste en realizar una reaccin de neutralizacin cido-base, a

esta tcnica la llamaremos valoracin.

En una valoracin una disolucin de concentracin exactamente conocida,

denominada disolucin patrn, se agrega en forma gradual a otra disolucin de

concentracin desconocida hasta que la reaccin qumica entre las dos

disoluciones se complete.1

Para realizar los clculos correspondientes se deben conocer la concentracin

y el volumen de la disolucin patrn y el volumen de la solucin desconocida,

cumplindose lo siguiente:

N equiv gacido N equiv gbase(12)

A A B BN xV N xV .(13)

En los mtodos de anlisis volumtrico se debe hallar el punto final de la

valoracin, que viene a ser el momento exacto en el cual el volumen de la

solucin conocida produce un cambio de color de la solucin desconocida

(punto de equivalencia), para lo cual se le agrega un indicador adecuado,

aunque hay casos en los cuales no se agrega ningn indicador y el mismo

reactivo cambia de color. Luego se puede hallar la normalidad real de la

sustancia desconocida calculando el factor de correccin de la concentracin.

_______________

1 Qumica, Raymond Chang- pag. 150

Ejemplo (11): Si valoramos 20 ml una disolucin de NaOH con HCl

exactamente 1.8 normal y gastamos 28.5 ml de HCl. Calcular la normalidad del

NaOH.

Solucin: si se cumple la ecuacin (12) tendremos;

20 28.5 1.8NaOH HClmlNaOHxN mlHCl x N

2.565equiv gN LNaOH

Ejemplo (12): Calcular el factor de un cido 0.55 normal, si 0.735 g de

carbonato sdico anhidro consumen 25.1 ml de este cido.

13

Solucin; primero hallaremos los equivalentes gramo de la sal;

2 3 2 3 2 3 2 32 3 2 3

0.735 1 20.014

106 1gNaCO molNaCO equiv gNaCO

equiv gNaCOgNaCO molNaCO

De acuerdo a la ecuacin (12), tambin tendremos 0.014 equiv-g del cido,

entonces su normalidad ser:

N deequiv gdel acido

NLdesolucion

0.014

0.5580.0251

equiv gdel acido equiv gN LL

0.558

1.01450.55

real

aparente

Nfactor f

N

1.7 Concentracin de soluciones inicas

Cuando se disuelve un compuesto inico, ste se separa en sus iones, cuya

concentracin va depender de la cantidad de estos.

2( ) ( ) ( )HONaCl s Na ac Cl ac

1 1 1M M M

2 2

2 ( ) ( ) 2 ( )

1 1 2

HOFeCl s Fe ac Cl ac

M M M

1.9 Propiedades coligativas de las disoluciones

Hay propiedades importantes que varan en las disoluciones diluidas en

comparacin de los solventes puros, estas dependen fundamentalmente de las

concentraciones del soluto y no de su naturaleza. Estas propiedades se les

denomina coligativas, las cuales son: descenso de la presin de vapor,

aumento del punto de ebullicin, descenso del punto de congelacin, y la

presin osmtica.

14

1.9.1 Descenso de la presin de vapor.- cuando un lquido en un recipiente

cerrado alcanza un equilibrio con su vapor, la presin ejercida por el vapor

se conoce como presin de vapor. Cuando una sustancia no tiene una

presin de vapor medible quiere decir que es un compuesto no voltil, y si

ocurre lo contrario es un compuesto voltil.

A nivel molecular durante la evaporacin, cuando es el inicio las

molculas que pasan al estado de vapor van al vaco, las cuales al

aumentar se condensan al tener contacto con la superficie lquida. Como

la evaporacin es constante a una temperatura dada, aumenta la

condensacin de las molculas hasta que se produce un estado de

equilibrio, es decir las velocidades de condensacin y de evaporacin son

iguales. A esta presin de vapor en equilibrio la conocemos como presin

de vapor.

Si agregamos un soluto no voltil a un disolvente, la presin de vapor

disminuye. Segn la ley de Raoult, establece que la presin parcial

ejercida por el vapor del disolvente sobre la disolucin es igual a la

fraccin molar del disolvente por la presin de vapor del disolvente puro,

esto nos indica que la presin de vapor de una disolucin depende de la

concentracin del soluto.

. od d dP X P ..(14)

Donde:

Pd = presin parcial del disolvente en la disolucin

Xd = fraccin molar del disolvente

Pod = presin de vapor del disolvente puro

La ecuacin (14) tambin se puede escribir en funcin de la fraccin

molar del soluto (Xs).

(1 ). od s dP X P .(15)

o od d s dP P XP P.(16)

15

Ejemplo (13): Calcular a 80 C la presin de vapor de una disolucin

obtenida al disolver 83 gramos de sacarosa C12H22O11, en 780 gramos de

agua. La densidad de la disolucin es de 1.1 g/ml.

Solucin: La presin de vapor del agua a 80C es 355.1 mmHg. Luego

procedemos a calculara el nmero de moles del soluto y del solvente:

83

0.24342

sacarosa

gsacarosan moles

gmol

780

43.3318

agua

gaguan moles

gmol

43.33

0.9943.33 0.24agua

molesaguaX

molesagua molesdesacarosa

. 0.99 355.1 351.55od d dP X P x mmHg mmHg

La disminucin de la presin de vapor sera:

355.1 351.55 3.55P mmHg mmHg mmHg

1.9.2 Elevacin del punto de ebullicin.- el punto de ebullicin normal de

un lquido es la temperatura a la que su presin de vapor es igual a la

presin atmosfrica externa. Si el lquido es puro, y su presin de vapor

es menor que 1 atm por lo tanto se requiere una temperatura ms elevada

para llegar a una presin de vapor de 1 atm, entonces el punto de

ebullicin de la disolucin es mayor que la del lquido puro.

b bT K xm(17)

Donde:

Tb = aumento del punto de ebullicin con respecto al disolvente puro

Kb = constante molal de elevacin del punto de ebullicin

m = molalidad

FIGURA N 1

16

Ejemplo (14): Calcular el punto de ebullicin de una disolucin que tiene

29 g de glucosa C6H12O6 en 150 g de agua.

Solucin: de acuerdo a la ecuacin (17) y la Tabla N tendremos:

29 180

0.52 0.5580.150b b

gg molCT K xm x Cm kg

b b bT T disolucion T solvente puro

100 0.558 100.558bTdisolucion C C C

1.9.3 Descenso del punto de congelacin.- en el diagrama de fases se

observa que la presin de vapor del slido es la misma que la del lquido

puro. Las curvas de presin de vapor para la fase lquida y slida se

encuentran en un punto triple. En el caso de la disolucin el punto triple

est a temperatura ms baja, indicando que su presin de vapor es menor

que la del lquido puro.

El punto de congelacin de una disolucin es la temperatura a la cual los

primeros cristales del disolvente puro se forman en equilibrio con la

disolucin.

c cT K xm(18)

Donde:

Tc = disminucin del punto de congelacin con respecto al disolvente

puro

17

Kc = constante molal de disminucin del punto de congelacin

m = molalidad

Ejemplo (15): las constantes molales de los puntos de ebullicin y de

congelacin del agua son 0.52 C y 1.86 C. Para 5 moles de un soluto no

voltil disueltos en 1070 gramos de agua. Calcular los puntos de

ebullicin y de congelacin de la disolucin.

Solucin; segn las ecuaciones (17) y (18) tendremos;

50.52 2.431.07b bmolesCT K xm x Cm kg

b b bT T disolucion T solvente puro

100 2.43 102.43bTdisolucion C C C

51.86 8.71.07c cmolesCT K xm x Cm kg

c c cT T disolvente puro T disolucion

100 8.7 91.3cTdisolucion C C C

Tabla N

CONSTANTES MOLALES

Disolvente Punto de

Congelacin C

Kc

(C/m)

Punto de

Ebullicin C

Kb

(C/m)

Agua 0.00 1.86 100.00 0.52

Etanol -117.3 1.99 78.4 1.22

cido actico 16.6 3.9 117.9 3.1

Benceno 5.5 5.12 80.1 2.53

Tolueno -93.3 3.55 110.6 4.48

CCl4 -23 29.8 76.5 4.75

Acetona -95.4 2.4 56.0 1.71

18

1.9.4 Presin osmtica: si consideramos un sistema como el de la figura N

2, observamos que solo las molculas de un disolvente pueden pasar a

travs de una membrana que est colocada entre dos disoluciones de

concentraciones diferentes, entonces las molculas del disolvente se

mover en ambos sentidos a travs de la membrana. Si en la solucin

ms diluida encontramos mayor concentracin del disolvente, entonces la

velocidad a la que el disolvente pasa desde la disolucin menos

concentrada (en soluto) hacia la disolucin ms concentrada (mayor

concentracin de soluto) es mayor que la velocidad en direccin opuesta.

Este proceso es llamado smosis, donde el movimiento neto del solvente

es siempre hacia la disolucin ms concentrada de soluto.

FIGURA N 2

Observamos entonces que las soluciones son dirigidas de tal forma hasta

que las concentraciones resulten ser iguales, quedando un desnivel en las

alturas del lquido en los dos brazos hasta que al final la diferencia de

presin que resulta de estas alturas diferentes del lquido en los dos

brazos se hace tan grande que el disolvente deja de fluir. Pero podemos

aplicar presin al brazo derecho del dibujo para detener el flujo neto del

disolvente. La presin necesaria para evitar la smosis por disolvente

puro es la presin osmtica (), de la disolucin. La presin osmtica

cumple una ley similar a la del gas ideal;

19

. . .V nRT .(19)

Donde: = presin osmtica

V = volumen

n = nmero de moles

R = constante del gas ideal

T = temperatura en oK

Si quisiramos separar dos disoluciones con presiones osmticas iguales,

a travs de una membrana semipermeable, no se producir la smosis ya

que las dos disoluciones son isotnicas.

Si una disolucin diluida tiene una presin osmtica menor que la de una

disolucin concentrada, quiere decir que es hipotnica con respecto a la

disolucin ms concentrada y la disolucin ms concentrada es

hipertnica con respecto a la disolucin diluida.

Las aplicaciones de las membranas sirven en el tratamiento de un

sinnmero de mezclas, sea para concentrarlas o diluirlas. Las reas de la

ingeniera que ms se han visto favorecidas con estas aplicaciones son

principalmente las industrias de los alimentos, del papel, la biomedicina, la

petroqumica, la qumica nuclear, la de separacin o purificacin de

gases, en la recuperacin de sustancias valiosas en aguas o gases de

desechos industriales que como desperdicio simplemente son causa de

una severa contaminacin ambiental, etc.

En la industria alimentaria, tenemos el caso de lquidos de desecho

(suero), que se obtienen al manufacturar y refinar alimentos como el

queso y productos de soya, que contiene una gran cantidad de nutrientes

de alto valor. La concentracin de suero puede hacerse por evaporacin o

secado, pero los requerimientos energticos involucrados lo hacen poco

atractivo econmicamente. En cambio con los procesos de membranas se

requiere 20% menos de energa.

20

La desalinizacin mediante smosis inversa no implica un cambio de

fases, utiliza presin alta para forzar el paso del agua de una disolucin

ms concentrada a una menos concentrada a travs de una membrana

semipermeable.

La presin osmtica del agua de mar es aproximadamente de 30 atm,

sta es la presin que debe aplicarse a la disolucin salina para detener

el flujo de agua de un sentido a otro (a la derecha). Si la presin en la

disolucin salina se incrementa a ms de 30 atm el flujo osmtico se

invierte y el agua de la disolucin pasa a travs de la membrana al

compartimiento izquierdo. La desalinizacin mediante smosis inversa

resulta ms econmica que la destilacin, evitando sobretodo las

dificultades que se presentan por el congelamiento pero tiene la

desventaja de que se necesita una membrana que sea permeable al agua

pero no a otras sustancias disueltas y sobretodo que pueda utilizarse a

gran escala por periodos prolongados y a altas presiones.

La presin osmtica de una disolucin sera:

. . . .n RT MRTV ..(20)

Donde, M = molaridad

Las propiedades coligativas de las disoluciones de no electrolitos son un

medio que me permiten hallar las masas molares de los solutos, siendo

las ms importantes; la presin osmtica y el descenso de la temperatura

del punto de congelacin.

1.10 Propiedades coligativas de los electrolitos.-

Los electrolitos son compuestos que al disolverlos en agua se disocian en

iones ya sea porque son compuestos ionicos o electrovalentes, (por ejemplo

las bases y sales) o bien por formarse previamente los iones al reaccionar el

compuesto con el agua (como los cidos oxcidos que al disolverse forman el

in hidronio H3O y el anin).

21

El nmero de iones que se forman es mltiplo del numero de sus supuestas

molculas, por lo cual si cada in actuase e la disolucin lo mismo que una

molcula neutra, el valor de cada una de las propiedades coligativas sera un

mltiplo del valor que podra calcularse imaginando el cuerpo constitudo por

molculas. Si una disolucin formada al disolver 1 peso frmula gramo de NaCl

en 1000 gramos de agua, contendr una mol de iones de Na y una mol de

iones cloruro, y al ser 2 molal respecto a estos iones debera congelarse a -2 x

1.86 = 3.72C. Pero el valor real es algo menor.

Vant Hoff con el objeto de arreglar la informacin de las soluciones con

electrolitos propuso una ecuacin como:

. . .inRTV

.(21)

Donde i es el factor de Vant Hoff:

N real departiculasenladisoluciondespuesdeladisociacion

iN deunidadesde formulainicialmentedisueltasendisoulucion

(22)

b bT iK xm..(23)

c cT iK xm.(24)

. . .iMRT..(25)

La fraccin de molculas ionizadas o disociadas se denomina grado de

ionizacin o de disociacin, entonces estas relaciones se cumplen para

electrolitos dbiles como los cidos que reaccionan con el disolvente en poca

extensin.

Entonces podemos concluir que todos los no electrolitos tienen el valor de i = 1,

si se trata de electrolitos fuertes como el NaCl, i = 2, si se trata de otros

electrolitos fuertes como el Na2SO4, entonces i = 3, esto se debe a que son

electrolitos que tienen mltiples cargas.

Ejemplo (16): El factor i = 1.7, de una disolucin 0.45 molal de MgCl2, a 20C.

Cul es su presin osmtica, si su densidad es igual a 2.9 g/ml?

22

Solucin: de acuerdo a la ecuacin (21) y la ecuacin (10), primero hallaremos

el volumen de la solucin;

20.45

1molesdeMgCl

mkgagua

2 2 22

0.45 95.343

1molesdeMgCl gdeMgCl

gdeMgClmolesdeMgCl

243 1000 1043gdeMgCl gdeagua gdesolucion

1043 1

359.62.9

gdesolucion mlml solucion

g

.1.7 0.45 0.082 293. . . . 510.360

atmLx molesx x KinRT mol K atmV L

Ejemplo (17): cul es la masa molar de la sacarosa?, cuando se toman 510

ml de una disolucin que contiene 2.0 g de sacarosa a 0.28 atm y 25C.

Solucin; segn la ecuacin (20),

. . .masa

V nRT xRxTmasamolar

.2.0 0.082 298. 342.20.28 0.51

gmol

atmLgx KmxRxT mol KM masamolarxV atmx L