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UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 1 Unidad 8-2. PROPIEDADES FÍSICAS DE DISOLUCIONES UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 2 PROPIEDADES FÍSICAS DE DISOLUCIONES. Disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. En una disolución no hay barreras que separen a sus componentes, de modo que una solución existe en una sola fase. Una disolución es homogénea porque sus propiedades son idénticas en cualquier punto de ella. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 3 Tipos de disoluciones. Una disolución se describe, con frecuencia, en términos de una sustancia disuelta en otra: soluto se disuelve en el disolvente. Normalmente el disolvente es el componente más abundante de la solución, sin embargo, en ocasiones los componentes son miscibles (solu- bles entre sí en cualquier proporción), por lo que no es muy significativo llamar a una soluto y a otra solvente. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 4 En la mayoría de los casos, el estado físico del disolvente determina el estado de la disolución: Estado de la solución es … si se disuel- ve … en … Ejemplo GASEOSO gas gas aire CO2 en agua etanol en agua NaCl en agua H2 en paladio Hg en oro Zn en Cu LÍQUIDO gas líquido sólido líquido líquido líquido SÓLIDO gas líquido sólido sólido sólido sólido UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 5 Las fuerzas de interacción entre los compo- nentes de una disolución son las estudiadas anteriormente y su ocurrencia depende de la naturaleza de las especies que existan en la disolución. Algunos ejemplos de estas fuerzas se muestran en las láminas siguientes. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 6 FUERZAS INTERMOLECULARES EN DISOLUCIÓN FUERZAS INTERMOLECULARES EN DISOLUCIÓN Na+Na++ Ion-dipolo Enlace H Metanol (CH3OH) H2O (CH3OH) Cloroformo (CHCl3) Dipolo-dipolo UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 7 FUERZAS INTERMOLECULARES EN DISOLUCIÓNFUERZAS INTERMOLECULARES EN DISOLUCIÓN Acetona (C3H6O) C6H14 Dipolo-dipolo inducido Cl- Hexano (C6H14) Ion-dipolo inducido Dispersión Octano (C8H18) C6H14 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 8 Se estudiarán las disoluciones líquidas porque son las más comunes e importantes. Sustancias no polares como aceite de cocina no se disuelven apreciablemente en agua, pero sí lo hacen en disolventes no polares o menos polares que el agua. El agua es el disolvente líquido más importante porque es muy abundante y puede disolver tanto sustancias iónicas como covalentes polares. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 9 La experiencia muestra que sustancias con tipos similares de fuerzas intermoleculares se disuelven entre ellas. Lo semejante se disuelve en lo semejante. Sustancia polar se disuelve en otra polar. Sustancia apolar se disuelve en otra apolar. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 10 Solubilidad. La solubilidad, S, de un soluto en un disolvente es: la cantidad máxima de soluto que se disuelve en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura dada. La solubilidad depende de: • naturaleza del soluto • naturaleza del disolvente • temperatura • presión (en caso de soluto gas) UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 11 Ejemplos de solubilidad de algunos compuestos en agua: 1. NaCl S = 39.12 g/100 mL a 100°C 2. NaCl S = 35.7 g/100 mL a 0°C 3. AgCl S = 0.0021 g/100 mL a 100°C 4. KBr S = 53.48 g/100 mL a 0°C 5. KClO4 S = 0.75 g/100 mL a 0°C Significado en el caso de NaCl: Se disuelve como máximo 39.12 g de NaCl por cada 100 mL de agua, si la temperatura es 100°C UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 12 De los valores de solubilidad dados se puede inferir: 1 y 3 => el NaCl es más soluble que el AgCl en agua a 100°C. 4 y 5 => KBr es más soluble que KClO3 en agua a 0°C. 1 y 2 => la solubilidad de NaCl en agua es más alta a mayor temperatura. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 13 El efecto de la temperatura en la solubilidad de- pende de la naturaleza de soluto y de disolvente. Si el proceso de disolución: Soluto (..) soluto (en solución) ∆H • es endotérmico, ∆H > 0, la solubilidad aumenta al aumentar T • es exotérmico, ∆H < 0, la solubilidad disminuye al aumentar T disolvente UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 14 En la mayoría de los casos la solubilidad de una sustancia en un solvente dado aumenta al aumentar la temperatura. En algunos sistemas la solubilidad disminuye con el aumento de temperatura. La figura que sigue muestra la solubilidad de diferentes solutos en agua, en función de la temperatura. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 15 Temperatura °C S (g so lu t o /1 00 g a gu a) NaNO3 KNO3 KCl NaCl KClO3 Ce2(SO4)3 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 16 La solubilidad es la concentración máxima de una disolución, a T. Los términos: solución diluida y solución concentrada expresan en forma cualitativa la concentración de una disolución respecto de otra. La disolución cuya concentración corresponde a la solubilidad, se la denomina disolución saturada. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 17 Ejemplo: La solubilidad de NaCl en agua a 25°C es 36.555 g/100 mL, (=> 6.255 m, ¡verifíque!). La solución saturada de NaCl en agua a 25°C contiene exactamente 36.555 g de NaCl por cada 100 mL de agua. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 18 Problema 1. Describa el estado exacto de un sistema que se forma agregando: a) 36.000 g de NaCl a 125 mL de agua a 25°C b) 182.775 g de NaCL a 0.5 L de agua a 25°C c) 3.20 mol de NaCl en 500 mL de agua a 25°C (MNaCl = 58.443 g/mol) UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 19 Solución: La solubilidad de NaCl en agua a 25°C es 36.555 g/100mL. a) Al disolver 36.000 g de NaCl en 125 mL de agua la disolución que resulta tiene una concentración menor que la solubilidad, por lo tanto no es una solución saturada. ¿Cuántos gramos más de NaCl se debe disolver para que la solución alcance la saturación? UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 20 más. NaCl de g 9,139 36,00045,694disolver puede Se NaCl g 45,694x agua mL 100 NaCl g 36,555 agua mL 125 NaCl gx = −= = = saturada. estásolución La NaCl g 182,775x agua mL 100 NaCl g 36,555 agua mL 500 NaCl gx ⇒ = = b) UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 21 c) De los 3.20 moles de NaCl (=> 187.018 g) como máximo se disuelven 182.775 g, por lo tanto quedan 187.018 – 182.775 = 4.243 g de NaCl sin disolver. Luego el sistema que resulta consiste en una solución saturada en NaCl en presencia del exceso de NaCl que no se disuelve. NaCl sólido no disuelto Solución acuosa saturada en NaCl a 25°C UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 22 Si por algún mecanismo es posible disolver más soluto que el máximo, de modo que la disolución alcance una concentración mayor que la solubilidad, la solución se denomina disolución sobresaturada. Las disoluciones sobresaturadas no son estables puesto que el exceso de soluto disuelto es rechazado desde la disolución, quedando finalmente una disolución saturada en presencia del exceso de soluto sin disolver. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 23 Efecto de la presión sobre la solubilidad. Ya que los líquidos y los sólidos son casi incompresibles, la presión tiene muy poco efecto sobre su solubilidad. En contraste, tiene un efecto importante en la solubilidad de los gases. Gas disolviéndose en un líquido a T: P1 < P2 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 24 P del gas = P1 P del gas = P2 Al aumentar la presión del gas desde P1 hasta P2, el vo- lumen ocupado por el gas se reduce, la frecuencia de colisión aumenta, luego más moléculas del gas pueden entrar a la disolución. Cuando se iguala el número de moléculas de gas que entra y sale de la disolución, se establece un equilibrio entre la fase gas y el gas en la disolución. UdeC/FCQ/ME König Unidad 8(8-2) 2007 25 La concentración del gas en la disolución es la solubilidad (disolución saturada), sea ésta Sgas. La Sgas es directamente proporcional a la presión del gas, Pgas. Esta relación se conoce como Ley de Henry: kH = constante de Henry, depende del gas, del disol- vente y de la temperatura. Sgas = kH Pgas UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 26 Si Sgas se expresa en mol/L y Pgas en atm, las unidades de la constante de Henry, kH, son: kH (mol L-1 atm-1) Problema 2. La presión parcial del CO2 dentro de una lata de bebida gaseosa es 4 atm a 25°C. ¿Cuál es la solubilidad del CO2 en agua a 25°C? Para CO2 en agua a 25°C kH = 0.033 mol L-1 atm-1 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 27 Solución: mol/L 0,1 2CO S L mol 0,132 atm 4 atm L mol0,033 2CO S = =×= UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 28 Problema 3. Calcule la solubilidad del N2 del aire a 1.0 atm y 25°C en agua, sabiendo que el aire contiene 78% en moles de nitrógeno. kH N2 en agua = 7x10-4 mol/L atm a 25°C. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 29 PN2 ? SN2 = ? A V y T ctes. => P directa- mente proporcional a moles. Luego para aire a 1 atm, si N2 = 78% moles => PN2 = 0.78 atm T = 25°C Aire 1 atm 222 NNHN P)k(S ×= L mol 4-105 atm 0,78 atm L mol4-107 2N S ×=××= UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 30 Propiedades coligativas de las soluciones. Se podría esperar que la presencia de partículas de soluto y su naturaleza haga que las propiedades físicas de una solución sean diferentes a aquellas del disolvente puro. Sin embargo, en cuatro importantes propiedades de las soluciones es el N° de partículas de soluto disueltas lo que hace la diferencia, y no su identidad química. Estas propiedades se conocen como propiedades coligativas de las soluciones. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 31 Las cuatro propiedades coligativas son: • Disminución de la presión de vapor (del sol- vente en la solución), ∆P • Elevación de la temperatura de ebullición (del solvente en la solución), ∆Tb • Disminución de la temperatura de solidifica- ción (del solvente en la solución), ∆Tf • Presión osmótica (de la solución), π UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 32 El diagrama de fases del solvente pu- ro se modi- fica cuando el solvente forma parte de una solu- ción como se ilustra en la figura que sigue para el agua: Tf solución Tf°agua Tb solucTb° agua UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 33 Los efectos que el número de partículas de soluto producen en estas propiedades físicas del disolvente no son muy grandes. Sin embargo, ellos tienen muchas aplicaciones prácticas, entre las cuales deben destacarse algunas que son vitales para sistemas biológicos. Se estudiarán las propiedades coligativas de soluciones acuosas. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 34 Una vez que el soluto se disuelve en el agua (disolvente), el soluto en la disolución puede: • quedar igual que antes de disolverse, ( = N°) • separarse en iones, dando origen a una disolución de electrolito, estas disoluciones conducen la corriente eléctrica, ( > N°) • asociarse dos, o tres , o más partículas del soluto formando dímeros, trímeros, etc. (< N°) UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 35 Para predecir la magnitud de una propiedad coligativa, es necesario referirse a la fórmula del soluto para encontrar el número de partículas de él en la disolución. Por ejemplo, glucosa 0,4 M contiene 0,4 mol de moléculas de glucosa en 1 L. Cada mol de no electrolito proporciona 1 mol de partículas en solución. Por ejemplo, Na2SO4 0,4 M contiene 0,8 mol de iones Na+ y 0,4 mol de iones SO42- en 1 L, en total la disolución es 1,2 M en partículas (iones). Cada mol de electrolito fuerte se disocia en el número de iones en la fórmula unitaria. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 36 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 37 Otros ejemplos: a) 1 mol de O2 se disuelve en agua hasta formar 1 L de solución. El oxígeno en el agua queda como O2 => En 1 L de la disolución hay 1 mol de O2. b) 1mol de NaCl disuelto en agua hasta completar 1 L de disolución. El NaCl que se disuelve disocia en iones: NaCl = Na+(ac) + Cl-(ac). Por lo tanto en 1L de la disolución hay 1 mol de Na+ y 1 mol de Cl-, en total la disolución es 2 M en iones. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 38 Propiedades coligativas de disoluciones de “no electrolitos, no volátiles”. El soluto en estas disoluciones: • no genera iones por ser no electrolito • no se volatiliza (no genera fase vapor) Ejemplos: sacarosa, metanol, etilenglicol UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 39 1) Disminución de la presión de vapor.1) Disminución de la presión de vapor. La disolución está formada por: disolvente (volátil) soluto no electrolito y no volátil Los experimentos muestran que la presión de vapor del solvente en una disolución de un no electrolito no volátil es siempre menor que la del disolvente puro, a la misma temperatura. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 40 Disolución (disolvente y soluto) Vapor (sólo disolvente) Ambos en equilibrio a T P = Presión de vapor de disolvente en la disolución Disolvente puro Vapor (sólo disolvente) P° = Presión de vapor de disolvente puro UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 41 En estas disoluciones se cumple que P < P° donde P es la presión de vapor del disolvente en la disolución a T y P° es la presión de vapor del disolvente puro a T. La relación entre estas dos presiones de vapor a T es: P = xdisolvente P ° conocida como ley de Raoult UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 42 P = xdisolvente P ° a T Ley de Raoult: La presión de vapor del solvente en una disolución a T es igual al producto de la fracción molar del solvente en la disolución y la presión de vapor del solvente puro a T. Ley de Raoult: La presión de vapor del solvente en una disolución a T es igual al producto de la fracción molar del solvente en la disolución y la presión de vapor del solvente puro a T. Las disoluciones que cumplen la ley de Raoult se denominan SOLUCIONES IDEALES. Las disoluciones que cumplen la ley de Raoult se denominan SOLUCIONES IDEALES. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 43 Como P < P° , la disminución de presión de vapor se define: ∆P = P° - P de modo que ∆P sea positiva. ∆P es propiedad coligativa de la disolución y se denomina “disminución de presión de vapor”. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 44 A partir de la ley de Raoult se puede obtener una expresión para ∆P : P = xdisolvente P° P° - P = P° - xdisolvente P° ∆P = (1 – xdisolvente) P° xsoluto ∆P = xsoluto P° Luego: UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 45 ∆P = xsoluto P° La ecuación: indica que la disminución de la presión de vapor del disolvente en una disolución es directamente proporcional a la fracción molar de soluto en la disolución. La constante de proporcionalidad es la presión de vapor del disolvente puro. ∆P es propiedad coligativa porque depende del número de partículas de soluto en la disolución (no depende de la naturaleza de las partículas). UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 46 Problema 3. Calcule la disminución de la presión de vapor del agua en una disolución que contiene 10.0 mL de glicerol, C3H8O3, y 500.0 mL de agua a 50°C. La presión de vapor del agua a 50°C es 92.5 torr y su densidad es 0.988 g/mL. La densidad del glicerol es 1.26 g/mL. (Mglicerol = 92.09 g/mol; Magua = 18.02 g/mol) UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 47 Solución: Soluto => glicerol, M = 92.09 g/mol Sovente => agua ∆P = xglicerol P° Se debe calcular la fracción molar del glicerol en la disolución: aguaglicerol glicerol glicerol nn n x + = UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 48 mol137,0 g 92,09 1mol mL 1 g 1,26mL 10,0 gliceroln =××= mol4,27 g 18,021mol mL 1 g 0,988 mL 500,0 aguan =××= torr 0,461torr 92,50,00498∆P =×= = + = 00498,0 4,27137,0 137,0xglicerol UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 49 2) Elevación de la temperatura de ebullición.2) Elevación de la temperatura de ebullición. Debido a que la presión de vapor de una disolución es menor que la del disolvente puro a cualquier temperatura, una disolución hierve a temperatura más alta que la del disolvente puro. Esto se ilustra en la figura que sigue: UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 50 P T solvente puro disolución T eb solv puro T eb disolución UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 51 Si: Tb es la temperatura de ebullición del solvente en la disolución (T ebullición de la solución) y Tb° es la temperatura de ebullición del solvente puro, la elevación de la temperatura de ebullición se define por la relación: ∆Tb es propiedad coligativa.∆Tb = Tb – Tb° UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 52 En una disolución ideal, ∆Tb es directamente proporcional a la molalidad, m, de la disolución: La constante de proporcionalidad es Kb y ella queda determinada exclusivamente por propiedades del disolvente. Luego cada disolvente tiene un valor de Kb. Esta constante de denomina: constante molal de elevación del punto de ebullición. ∆Tb = Kb m∆Tb = Kb m UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 53 3) Descenso de la temperatura de congelación.3) Descenso de la temperatura de congelación. Los experimentos muestran que el disolvente en una solución solidifica a temperaturas menores que cuando está puro. La línea del equilibrio sólido-líquido en el diagrama de fases se desplaza hacia la izquierda como se observa en el diagrama que sigue: UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 54 Tcong. solución T congel. solvente puro UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 55 Si: Tf es la temperatura de congelación del solvente en la solución (temp. de congelación de la solución) y Tf° es la temperatura de congelación del solvente puro, el descenso de la temperatura de congelación se define por la relación: ∆Tf es propiedad coligativa. ∆Tf = Tf° – Tf UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 56 En una solución ideal, ∆Tf es directamente proporcional a la molalidad, m, de la solución: La constante de proporcionalidad es Kf y ella queda determinada exclusivamente por propiedades del disolvente. Luego cada disolvente tiene un valor de Kf. Esta constante de denomina: constante molal de descenso del punto de congelación. ∆Tf = Kf m∆Tf = Kf m UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 57 Valores de Kb , de Kf y de temperaturas normales de ebullición y congelación para algunos disolventes: Solvente Tb° (°C) Kb (°C/m) Tf°(°C) Kf (°C/m) Ác. acético Benceno Cloroformo Etanol 117.9 80.1 61.7 78.5 3.07 2.53 3.63 1.22 16.6 5.5 -63.5 -117.3 3.90 4.90 4.70 1.99 agua 100,0 0.512 0.0 1.86 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 58 Problema 4. Se adiciona 1.000 kg de anticongelante etilenglicol (C2H6O2) al radiador de un automovil, el cual contiene 4450 g de agua, determine: a) la temperatura normal de ebullición de la disolución b) la temperatura normal de congelación de la disolución c) la presión de vapor de la disolución a 20°C. (P°agua a 20°C = 17.535 torr) UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 59 Solución: ∆Tb = Kb m∆Tb = Kb m Elevación de T ebullicióna) Se necesita calcular la molalidad de la solución. Etilenglicol es soluto, agua es disolvente. molal 3.63 agua 4.450kg 16.1mol agua kg n m 16.1mol 62.07g/mol 1000gn 262 262 OHC OHC === == UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 60 C85,1m 3,62 m C512,0mKT bb °=× ° =×=∆ C85,101T C85,1C100C85,1TT C85,1TTT b bb bbb °= °+°=°+= °=−=∆ ° ° La temperatura normal de ebullición de la solución es 101,85°C La temperatura normal de ebullición de la solución es 101,85°C UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 61 b) ∆Tf = Kf m∆Tf = Kf m Descenso de T de congelación C73,6m 3,62 m C86,1mKT ff °=× ° =×=∆ C73,6T C73,6C0C73,6TT C73,6TTT f ff fff °−= °−°=°−= °=−=∆ ° ° La temperatura normal de congelación de la solución es –6,73°C La temperatura normal de congelación de la solución es –6,73°C UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 62 4) Presión osmótica.4) Presión osmótica. La presión osmótica es la propiedad coligativa que surge cuando dos disoluciones de diferente concentración están separadas por una membrana semipermeable sólo al disovente, permitiendo que pase disolvente desde una de las disoluciónes a la otra. El proceso por el cual esto ocurre se denomina ósmosis. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 63 Muchas partes de los organismos tienen membranas semipermeables a través de las cuales se regulan las concentraciones, internas de las disoluciones, por ósmosis. En la figura que sigue se esquematiza el fenómeno de la ósmosis entre agua (disolvente puro) y una disolución acuosa: UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 64 Solución Solvente puro Moléculas de soluto Moléculas de solvente Membrana semipermeable Movimiento neto del solvente Presión osmótica Presión aplicada necesaria para prevenir incremento del volumen Solvente y solución separados por membrana semipermeable El volumen de la solución aumenta. La diferencia de altura crea diferencia de presión Presión necesaria para mantener los niveles iguales PRESIÓN OSMÓTICAPRESIÓN OSMÓTICA ππ ππ UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 65 Presión osmótica, Π, de una disolución acuosa es: la presión que debe aplicarse a esta disolución para prevenir el paso neto de agua desde el disolvente puro a la disolución. Presión osmótica, Π, de una disolución acuosa es: la presión que debe aplicarse a esta disolución para prevenir el paso neto de agua desde el disolvente puro a la disolución. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 66 La presión osmótica de una solución ideal depende de : • la temperatura T de la solución • la concentración de partículas de soluto en la disolución Si la concentración de partículas se expresa en molaridad, M, y la temperatura en K, enton- ces Π está dada por: M = nsoluto/Vsolución(L) R = cte de los gases T en K Π = Μ R Τ Π = Μ R Τ UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 67 Problema 5. a) Calcule la presión osmótica de una disolución acuosa 0,50 M de glucosa a 25°C. b) ¿Cuál es el valor de la presión osmótica, a 25°C, de una disolución acuosa que contiene 0,10 mol de urea en 200 mL de solución? UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 68 a) Π = M R T b) La molaridad de la solución de urea es: ; luego su presión osmótica a 25°C es 12 atm. 12atmΠ 12,2atm298K Kmol Latm0,082 L mol0,50Π = =× × × ×= L mol5,0 L200,0 mol10,0M == UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 69 Problema 6. Se disuelve 21.5 mg de una proteína en cantidad suficiente de agua a 5.0 °C para formar 1.50 mL de disolución. La presión osmótica de esta disolución es 3,61 torr. Determine la masa molar de la proteína. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 70 Solución: Conocida la presión osmótica se puede determinar la molaridad de la disolución: L/mol1008,2M K278 Kmol Latm082,0 torr760 atm1torr61,3 TR M 4−×= × × × × = × Π = UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 71 g/mol106,89 molar Masa mol103.12 0.0215g n (g) proteína masamolar Masa mol103.12n 0.0015L102.08 V(L)M n :solución de mL 1.50 en proteína de moles 4 7proteína 7 proteína 4- proteína ×= × == ×= ××=×= − − La masa de 1 mol de esta proteína es aproximada- mente 68.900 kg UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 72 Propiedades coligativas de soluciones de electrolitos no volátiles. Debido a que los electrolitos generan iones en disolución, la determinación de las propiedades coligativas de los electrolitos hace necesario conocer el número de iones generados por cada fórmula del soluto. En el caso de electrolitosfuertes (100% de disociación en iones) es posible deducir el número de iones a partir de su fórmula. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 73 Ejemplos: NaCl (s) + ac = Na+(ac) + Cl-(ac) Solución 1 m de NaCl => 2 m en iones CaCl2 (s) + ac = Ca2+(ac) + 2 Cl-(ac) Solución 0,5 m de CaCl2 => 1,5 m en iones Solución 1m en FeCl3 => 4 m en iones … etc. UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 74 Se define la variable “i”, denominada factor de Van’t Hoff: )(iniciales fórmula unidades de moles solución laen partículas de totalesmolesi = En el caso de electrolitos fuertes “i” se obtiene del proceso de disociación: En los ejemplos anteriores: para NaCl i = 2 para CaCl2 i = 3 para AlCl3 i = 4 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 75 El factor de Van’t Hoff se determina experimentalmente a partir de mediciones de pro-piedades coligativas de soluciones, puesto que: oelectrolit no como coligativa Prop. solución la de real coligativa Prop.i = Esta relación conduce a las ecuaciones siguientes: UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 76 ∆Tb = i Kb m ∆Tb no electrolito ∆Tf = i Kf m ∆Tf no electrolito Π = i M R T Π no electrolito UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 77 Problema 7. Calcule la presión osmótica a 25°C de disoluciones 0.010 M de: a) urea; b) yoduro de potasio; c) cloruro de aluminio. Resp: b) 0.488 atm Problema 8. La disminución del punto de congelación de una disolución acuosa 0.100 m de sulfato de magnesio es 0.225 °C. Calcule el factor de Van’t Hoff del sulfato de magnesio a esta concentración. Interprete su resultado. Resp: 1.20 UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 78 Propiedades de soluciones de dos componentes volátiles solvente volátil, A Solución: soluto volátil, B A(v) B(v) Solución (l) de A y B vapor líquido T UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 79 Cuando se establece el equilibrio entre la solución (líquida) y el vapor, a una temperatura fija T, ambos componenetes cumplen con la ley de Raoult. Para A: PA= xAP°A Para B: PB= xBP°B PA= presión parcial de A en fase vapor xA= fracción molar de A en la solución P°A = presión de vapor de A a temperatura T y lo mismo para el componente B UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 80 xA xB PA PB En el vapor se cumple ley de Dalton: PA = yA P PB = yB P donde yA = fracción molar de A en elvapor yB = fracción molar de B en elvapor PA + PB = P P = presión total en fase vapor UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 81 Combinando la ley de Raoult y la ley de Dalton para ambos componentes de la solución, se puede relacionar la composición de la solución (xi) con la composición de la fase vapor (yi). PA= xAP°A = yA P PB= xBP°B = yB P yA yB vapor líquido xA xB UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 82 Problema 9. Calcule la fracción molar de tolueno en el vapor que está en equilibrio con una solución equimolar de benceno y tolueno a 30 ºC. PºT = 40 torr a 30ºC PºB = 120 torr a 30ºC UdeC/FCQ/ ME König Unidad 8(8-2) 2007 83 PT = xT PºT = 0.5 x 40 torr = 20 torr PB = xB PºT = 0.5 x 120 torr = 60 torr P = PT + PB = 20 torr + 60 torr = 80 torr PT = yT P => yT = PT /P = 20 torr/80 torr = 0.25 Note que el vapor es más rico en B que en T, debido a que B es más volátil que T a 30°C. 30 ºC xT=0.5 xB=0.5 yT = ? vapor disolución líquida Ambas fases en equilibrio a temperatura constante. Unidad 8-2. PROPIEDADES FÍSICAS DE DISOLUCIONES. Tipos de disoluciones. Propiedades coligativas de las soluciones. 2) Elevación de la temperatura de ebullición. 3) Descenso de la temperatura de congelación. 4) Presión osmótica.
