Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

14
Tema 5 Disoluciones Ideales y Reales CONTENIDO A) Disoluciones ideales: 1.- Definiciones. Formas de expresar la concentración. 2.- Concepto de disolución ideal. Ley de Raoult. 3.- Magnitudes termodinámicas de mezcla. 4.- Disoluciones binarias ideales. Diagramas P-x y T-x. 5.- Propiedades coligativas. B) Disoluciones Reales: 6.- Desviaciones al Modelo ideal 7.- Disoluciones diluidas ideales. Ley de Henry 8.- Potencial químico Disoluciones reales 9.- Estados de referencia en disoluciones reales 10.- Determinación coeficientes de actividad 11.- Variación del coeficiente de actividad con la presión y la temperatura 12.- Constante de equilibrio en disolución 13.- Coeficientes actividad en distintas escalas de concentración 14.- Funciones de exceso DEFINICIONES. FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN. 1 Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias. Clasificación de las disoluciones • Dependiendo de la naturaleza de la fase: Sólida Líquida Gaseosa

description

disoluciones reales e ideales

Transcript of Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

Page 1: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

Tem

a 5

Dis

oluc

ione

s Ide

ales

y R

eale

s

CO

NT

EN

IDO

A)

Dis

oluc

ione

s ide

ales

:

1.-D

efin

icio

nes.

Form

as d

e ex

pres

ar la

con

cent

raci

ón.

2.-C

once

pto

de d

isol

ució

n id

eal.

Ley

de R

aoul

t.

3.-M

agni

tude

s ter

mod

inám

icas

de

mez

cla.

4.-D

isol

ucio

nes

bina

rias i

deal

es. D

iagr

amas

P-x

y T

-x.

5.-P

ropi

edad

esco

ligat

ivas

.B

) Dis

oluc

ione

s R

eale

s:

6.-D

esvi

acio

nes a

l Mod

elo

idea

l

7.-D

isol

ucio

nes d

iluid

as id

eale

s. Le

y de

Hen

ry

8.-P

oten

cial

quí

mic

o D

isol

ucio

nes r

eale

s

9.-E

stad

os d

e re

fere

ncia

en

diso

luci

ones

real

es

10.-

Det

erm

inac

ión

coef

icie

ntes

de

activ

idad

11.-

Varia

ción

del

coe

ficie

nte

de a

ctiv

idad

con

la p

resi

ón y

la

tem

pera

tura

12.-

Con

stan

te d

e eq

uilib

rio e

n di

solu

ción

13.-

Coe

ficie

ntes

act

ivid

ad e

n di

stin

tas e

scal

as d

e

conc

entra

ción

14.-

Func

ione

s de

exce

so

DE

FIN

ICIO

NE

S. F

OR

MA

S D

E E

XPR

ESA

RL

A C

ON

CE

NT

RA

CIÓ

N.

1 Dis

oluc

ión:

mez

cla

hom

ogén

ea d

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s o m

ás s

usta

ncia

s.

Cla

sific

ació

n de

las d

isol

ucio

nes

•Dep

endi

endo

de

la n

atur

alez

a de

la fa

se:

Sólid

aLí

quid

aG

aseo

sa

Page 2: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

•Dep

endi

endo

del

núm

ero

de c

ompo

nent

es:

* B

inar

ia*

Tern

aria

* C

uate

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ia. . .

Dis

olve

nte:

Com

pone

nte

que

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sent

e en

may

orca

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ad o

que

det

erm

ina

el e

stad

o de

lam

ater

ia e

n la

que

exi

ste

una

diso

luci

ón.

Solu

tos:

Los r

esta

ntes

com

pone

ntes

.

Cla

sific

ació

n de

las d

isol

ucio

nes l

íqui

das

•Dep

endi

endo

del

est

ado

del s

olut

o:

Solu

to só

lido

Solu

to lí

quid

oSo

luto

gas

eoso

•Dep

endi

endo

del

dis

olve

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Acu

osas

No

acuo

sas

•Dep

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de la

nat

ural

eza

del s

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o:

Elec

trolít

icas

: sol

uto

se d

isoc

ia e

n io

nes (

ej. s

al)

(con

duce

n la

cor

rient

e el

éctri

ca)

No

elec

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icas

: sol

uto

no se

dis

ocia

en

ione

s (ej

. azú

car)

(no

cond

ucen

la c

orrie

nte

eléc

trica

)

La d

escr

ipci

ón d

e un

a di

solu

ción

impl

ica

cono

cer s

usco

mpo

nent

es y

sus

can

tidad

es re

lativ

as �

conc

entr

ació

n.

Form

as d

e ex

pres

ar la

con

cent

raci

ón

•Fra

cció

n m

olar

(x)

Toti

inn

x�

1x

ii�

•Rep

rese

nta

el ta

nto

por u

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n m

oles

de

i•A

dim

ensi

onal

•0�

x i��

•Mol

alid

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)

diso

lvent

ekg

nm

ii�

•Uni

dade

s: m

ol�k

g-1 (m

olal

,m)

•Ven

taja

: No

varía

con

T

•Mol

arid

ad (M

)•U

nida

des:

mol�L

-1 (m

olar

,M)

•Des

vent

aja:

Var

ía c

on T

•Ven

taja

: Fac

ilida

d pa

ra m

edir

Vdi

soluc

ión

Ln

Mi

i�

•Nor

mal

idad

(M)

•Uni

dade

s: e

quiv�L

-1 (n

orm

al,N

)•D

esve

ntaj

a: d

epen

de d

e la

reac

ción

•Uso

no

reco

men

dado

diso

lució

nL

(i)es

equiv

alent

Ni� equi

vale

ntes

(i) =

ni�

vale

ncia

Pr

oton

es tr

ansf

erid

os e

n rc

c. á

cido

-bas

eEl

ectro

nes t

rans

ferid

os e

n rc

c. re

dox

•Por

cent

aje

en p

eso

(% p

/p)

100

diso

lució

nm

asa

solut

om

asa

peso

%�

�6

10di

soluc

ión

mas

aso

luto

mas

app

m�

Part

es p

or m

illón

(ppm

)

Page 3: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

CO

NC

EPT

O D

E D

ISO

LU

CIÓ

N ID

EA

L.

LE

Y D

E R

AO

ULT

.2 1)

Des

crip

ción

feno

men

ológ

ica:

PV

= n

RT2)

Des

crip

ción

mol

ecul

ar:

•M

oléc

ulas

pun

tual

es (V

des

prec

iabl

e).

•N

o ex

iste

n in

tera

ccio

nes i

nter

mol

ecul

ares

ent

re e

llas.

Estu

dio

de lo

s gas

es: F

ácil

grac

ias

al m

odel

o de

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idea

l.

•M

odel

o se

ncill

o pa

ra p

rede

cir s

u co

mpo

rtam

ient

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Ref

eren

te p

ara

el e

stud

io d

e ga

ses r

eale

s.

¿No

podr

íam

os d

ispo

ner d

e un

mod

elo

anál

ogo

para

dis

oluc

ione

s?

¡ Sí !

MO

DE

LO

DE

LA

DIS

OL

UC

IÓN

IDE

AL

1)D

escr

ipci

ón m

olec

ular

Dis

oluc

ión

en la

cua

l las

mol

écul

as d

e la

s dis

tinta

s esp

ecie

s son

tan

sem

ejan

tes u

nas a

otra

s que

las m

oléc

ulas

de

uno

de lo

s com

pone

ntes

pued

en su

stitu

ir a

las d

el o

tro si

n qu

e se

pro

duzc

a un

a va

riaci

ón d

e la

estru

ctur

a esp

acia

l de

la d

isol

ució

n ni

de

la e

nerg

ía d

e la

s int

erac

cion

esin

term

olec

ular

es p

rese

ntes

en la

mis

ma.

2)D

escr

ipci

ón fe

nom

enol

ógic

a

* iL i

iP

xP�

Ley

de

Rao

ult

Fran

çois

Mar

ie R

aoul

t(1

830-

1901

)

Pres

ión

de v

apor

del l

íqui

do i

puro

Frac

ción

mol

arde

i en

ladi

solu

ción

líqu

ida

Pres

ión

parc

ial d

e i e

n el

vap

oren

equ

ilibr

io co

n la

dis

oluc

ión

ii

iP

XP

�0

0ln

ii

iP

RTP

��

Pote

ncia

l quí

mic

o de

un

gas e

n un

a m

ezcl

a de

ga

ses

Si X

i=1

*0

*(

)(

)ln

��

ii

il

gRT

P

*(

)(

)ln

ii

il

lRT

X

0*

lnln

lg

ii

ii

iRT

PRT

X

��

��

El p

oten

cial

quí

mic

o de

cad

a co

mpo

nent

e en

la d

isol

ució

n id

eal e

n fa

se lí

quid

a

MA

GN

ITU

DE

S T

ER

MO

DIN

ÁM

ICA

SD

E M

EZC

LA

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Cua

ndo

se p

rodu

ce u

na d

isol

ució

n id

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(T,P

)

*�

��

mez

cla

ii

ii

Gn

n

Si su

pone

mos

que

form

amos

1 m

ol d

e m

ezcl

a�

ii

nX

ln0

mez

cla

ii

GRT

XX

��

��

El p

roce

so d

e m

ezcl

a (d

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ució

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eal)

es

espo

ntán

eo

Com

o la

dis

oluc

ión

es id

eal

0�

�m

ezcl

aV

0�

�m

ezcl

aH

ln0

mez

cla

ii

SR

XX

��

��

ln�

�i

iRT

nX

*(

)(

)ln

��

ii

il

lRT

X

GH

TS

���

Page 4: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

��V

M=

0no

hay

cam

bio

de v

olum

en a

l for

mar

se la

dis

oluc

ión,

pu

es n

o ca

mbi

a la

est

ruct

ura e

spac

ial.

En

el c

aso

de u

na d

isol

ució

n id

eal

(T y

P c

tes)

�U

M=

0pu

es n

o ca

mbi

a la

ene

rgía

de

las i

nter

acci

ones

al fo

rmar

se.

�H

M=

0no

hay

cal

or d

e m

ezcl

a a

P ct

e; n

i abs

orbe

ni d

espr

ende

Q.

�S M

> 0

aum

enta

el d

esor

den.

�G

M<

0fo

rmac

ión

de la

dis

oluc

ión:

esp

ontá

nea.

DIS

OL

UC

ION

ES

BIN

AR

IAS

IDE

AL

ES.

DIA

GR

AM

AS

P-x

y T-

x.4 (1

+2)

(1+2

)

LVD

isol

ució

n id

eal d

e lo

s com

pone

ntes

1 y

2(a

mbo

s vol

átile

s)

Equi

librio

L �

V

Dis

oluc

ión

idea

lLe

y de

Rao

ult

* 2L 2

2

* 1L 1

1

Px

P

Px

P

��

En e

l vap

or, d

e ac

uerd

o co

n la

ley

de D

alto

n:

TOT

V 22

TOT

V 11

21

TOT

Px

P;

Px

P;

PP

P�

��

Con

est

as e

xpre

sion

es p

uedo

con

ocer

la c

ompo

sici

ón d

el v

apor

sabi

endo

la d

el lí

quid

o (a

mba

s no

tiene

n po

r qué

ser i

gual

es).

Dia

gram

a P-

x(a

T c

te, d

isol

ució

n id

eal)

Da

P 1, P

2y

P TO

Ten

el e

quili

brio

en

func

ión

de la

com

posi

ción

del

líqu

ido

(x1L )

* 2L 1

* 2* 1

* 2L 1

* 2L 1

* 12

1TO

T

* 2L 1

* 2* 2

L 1* 2

L 22

L 1* 1

* 1L 1

1

Px)

PP(

Px

Px

PP

PP

Px

PP)

x1(

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P

xP

Px

P

��

��

��

��

Rec

ta; p

endi

ente

= P

1*, o

.o.=

0

Rec

ta; p

endi

ente

= -P

2*, o

.o.=

P2*

Rec

ta;

pend

ient

e = P

1*-P

2*o.

o.=

P 2*

P TO

T

P 1

P 1*

P 2

P 2*

Si, p

.ej.,

P 1*

> P 2

*

P

x 1L

01

“Peg

a”: n

o no

s inf

orm

ade

la c

ompo

sici

ón d

elva

por (

x 1V).

V 1* 2

* 1* 1

* 2* 1

TOT

* 2TO

T* 1

V 1* 2

* 1* 1

* 2TO

T* 1

V 1* 2

* 1* 2

* 1TOT

V 1* 2

* 1TO

T

TOT* 1

L 1

TOT1

V 1

x)P

P(P

PP

P;

PP

Px)

PP(

P

PP

Px)

PP(

1;

PPP

x )P

P(P

PP

xPP

x

��

�� ��

� ��

��

Cur

va d

e P

frent

e a

laco

mpo

sici

ón d

el v

apor

(X1V

)

P

x 1V

01

P TO

T

P 1*

P 2*

Page 5: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

P

x 10

1

P 1*

P 2*

Pode

mos

repr

esen

tar a

mba

s en

un m

ism

o di

agra

ma

Dia

gram

a de

fase

s P-x

(T =

cte

)

Líqu

ido Va

por

L+

V

P

x 10

1

Pode

mos

repr

esen

tar a

mba

s en

un m

ism

o di

agra

ma

Dis

min

uim

os P

a T

cte

de

Aha

sta

E

A: d

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ució

n líq

uida

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mpi

eza

a pr

oduc

irse

vapo

rC

: líq

+ v

apor

en

equi

librio

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e ev

apor

a la

últi

ma

gota

de

líqui

doE:

Tod

o va

por

x 1V

B

x 1V

x 1L

C D

x 1L

A E

Dia

gram

a T-

x(a

P c

te)

Rep

rese

ntam

os la

tem

pera

tura

de

ebul

lició

n de

la d

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ució

nen

func

ión

de la

frac

ción

mol

ar.

Apl

icac

ión:

Des

tilac

ión

Des

tilac

ión

sim

ple

Com

o el

vap

or e

s más

rico

en

elco

mpo

nent

e m

ás v

olát

il qu

e el

líqui

do o

rigin

al e

s pos

ible

sepa

rar

los 2

com

pone

ntes

de

una

diso

luci

ónid

eal p

or d

estil

acio

nes s

uces

ivas

.

Page 6: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

Des

tilac

ión

frac

cion

ada

Se c

onst

ruye

una

col

umna

de

dest

ilaci

ón d

onde

se p

rodu

cen

un g

ran

núm

ero

de c

onde

nsac

ione

s y

reva

poriz

acio

nes s

uces

ivas

.

Des

tilad

o(v

apor

con

dens

ado,

rico

en c

ompo

nent

em

ás v

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Res

iduo

(líqu

ido

resi

dual

,ric

o en

com

pone

nte

men

os v

olát

il)

liqva

pn

LBn

BV�

PRO

PIE

DA

DE

S C

OL

IGAT

IVA

S.5 1.

Dis

min

ució

n de

la p

resi

ón d

e va

por

2.A

umen

to d

e la

tem

pera

tura

de

ebul

lició

n3.

Des

cens

o de

la te

mpe

ratu

ra d

e fu

sión

/con

gela

ción

4.Pr

esió

n os

mót

ica

La fo

rmac

ión

de u

na d

isol

ució

n tie

ne c

onse

cuen

cias

sobr

eun

a se

rie d

e pr

opie

dade

s: p

ropi

edad

es c

olig

ativ

as.

Prop

ieda

des q

ue d

epen

den

únic

amen

te d

e la

can

tidad

(con

cent

raci

ón) d

e so

luto

aña

dida

(mol

es o

mol

écul

asde

solu

to),

pero

no

de su

nat

ural

eza

(de

qué

solu

to se

a).

Estu

diar

emos

dis

oluc

ione

s dilu

idas

idea

les (

no e

lect

rolít

icas

)fo

rmad

as p

or u

n di

solv

ente

vol

átil

(1) y

un

solu

to n

o vo

látil

(2).

Page 7: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

5.1.

Dis

min

ució

n de

la p

resi

ón d

e va

por

Com

o el

solu

to e

s no

volá

til, l

a pr

esió

n de

l vap

or d

e la

dis

oluc

ión

(P)

corr

espo

nder

á a

la p

resi

ón d

e va

por d

el d

isol

vent

e (P

1).

L 2* 1

L 1* 1

* 1L 1

* 11

* 1x

P)

x1(

PP

xP

PP

P�

¿Cuá

nto

dism

inuy

e la

pre

sión

de

vapo

r al f

orm

arse

la d

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ució

n?

Apl

icac

ión:

det

erm

inac

ión

de p

esos

mol

ecul

ares

.

* 1L 1

* 1L 1

1

PP

1x

Com

o

Px

PP

��

��

(pue

s el d

isol

vent

e ob

edec

e la

ley

de R

aoul

t)

La

pres

ión

de v

apor

de

la d

isol

ució

nes

men

or q

ue la

del

dis

olve

nte

puro

.

5.2.

Aum

ento

ebu

llosc

ópic

o

Con

secu

enci

a de

ladi

smin

ució

n de

la p

resi

ón d

e va

por

la te

mpe

ratu

ra d

e eb

ullic

ión

de la

dis

oluc

ión

es m

ayor

que

la d

el d

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vent

e pu

ro.

¿Cuá

nto?

�Teb

= T e

b

T eb*

= k e

b�m

Apl

icac

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det

erm

inac

ión

de p

esos

mol

ecul

ares

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ullo

scop

ía.

Con

stan

teeb

ullo

scóp

ica

•Pro

pied

ad d

el d

isol

vent

e (n

o de

pend

e de

l sol

uto)

•Uni

dade

s: K�k

g�m

ol-1

5.3.

Des

cens

o cr

iosc

ópic

o.

La a

dici

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s, ...

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ione

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Page 8: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

5.4.

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ioló

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6.D

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ólid

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IV: S

ólid

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Page 9: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

�3.

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Dia

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s pos

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> 0

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Page 10: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

2)D

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775-

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03: E

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Page 11: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales

Con

veni

o I

Con

veni

o II

Page 12: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales
Page 13: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales
Page 14: Tema 5. Disoluciones Ideales y Reales