DISOLUCIONESDISOLUCIONES

SISTEMAS SISTEMAS MATERIALESMATERIALES

Elem ento C om puesto

Susta ncia s pura s

MezclaH om ogénea

MezclaH eterogénea

Mezclacolo ida l

Suspensión

Mezcla

S istem a m a teria l

METODOS DE SEPARACION DE MEZCLASMETODOS DE SEPARACION DE MEZCLAS

destilación

decantación

filtración

DISOLUCIÓNDISOLUCIÓN Es una mezcla homogénea de dos o mas Es una mezcla homogénea de dos o mas

sustancias cuyo tamaño molecular de las sustancias cuyo tamaño molecular de las partículas sea inferior a 10partículas sea inferior a 10──9 9 m.m.

Se llama mezcla coloidal cuando el tamaño de Se llama mezcla coloidal cuando el tamaño de partícula va de 10partícula va de 10──9 9 m a 2 ·10m a 2 ·10──7 7 m.m.

Se llama suspensión cuando el tamaño de las Se llama suspensión cuando el tamaño de las partículas es del orden de 2 ·10partículas es del orden de 2 ·10──7 7 m.m.

Las disolucionesLas disoluciones

Son mezclas homogéneas de dos o más sustancias que intervienen en proporciones variables.

Las sustancias que las forman mantienen sus propiedades químicas, la disolución adquiere propiedades físicas propias y distintas a las de sus componentes.

Componentes de una disoluciónComponentes de una disolución

Son aquellas sustancias puras que se han mezclado para formarla. Hay una sustancia que está en mayor proporción y es el disolvente; la sustancia que está en menor proporción la denominamos soluto.

SOLUTO + DISOLVENTE DISOLUCIÓN

Clasificación de disolucionesClasificación de disoluciones

Según el número de componentes.Según el número de componentes. Según estado físico de soluto y disolvente.Según estado físico de soluto y disolvente. Según la proporción de los componentes.Según la proporción de los componentes. Según el carácter molecular de los Según el carácter molecular de los

componentescomponentes..

Según el número de componentes.Según el número de componentes. BinariasBinarias Ternarias.Ternarias. ......

Según estado físico Según estado físico de soluto y disolvente.de soluto y disolvente.

SolutoSoluto Disolvente Disolvente EjemploEjemplo GasGas GasGas AireAire LíquidoLíquido GasGas NieblaNiebla SólidoSólido GasGas HumoHumo GasGas LíquidoLíquido COCO22 en agua en agua LíquidoLíquido LíquidoLíquido PetróleoPetróleo SólidoSólido LíquidoLíquido Azúcar-aguaAzúcar-agua GasGas SólidoSólido HH22 -platino -platino Líquido Líquido Sólido Sólido Hg - cobreHg - cobre Sólido Sólido SólidoSólido AleacionesAleaciones

Según la proporción Según la proporción de los componentes.de los componentes.

DiluidasDiluidas (baja concentración de soluto)(baja concentración de soluto)

ConcentradasConcentradas (alta concentración de soluto)(alta concentración de soluto)

SaturadasSaturadas (no admiten mayor concentración de soluto)(no admiten mayor concentración de soluto)

Según el carácter molecular de los Según el carácter molecular de los componentescomponentes

ConductorasConductoras Los solutos están Los solutos están

ionizados ionizados (electrolitos) tales (electrolitos) tales como disoluciones como disoluciones de ácidos, bases o de ácidos, bases o sales.sales.

No conductorasNo conductoras El soluto no está El soluto no está

ionizadoionizado

SolubilidadSolubilidad

Es la máxima cantidad de Es la máxima cantidad de soluto que se puede soluto que se puede disolver en una disolver en una determinada cantidad de determinada cantidad de disolvente.disolvente.

La solubilidad varía con la La solubilidad varía con la temperatura (curvas de temperatura (curvas de solubilidad).solubilidad).

FACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDADFACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDAD

Interacciones soluto disolvente :

”Semejante disuelve a semejante”

FACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDADFACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDAD

Efecto de la temperatura:

En general la solubilidad de los sólidos aumenta con la temperatura y la de los gases disminuye al aumentar la temperatura

FACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDADFACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDAD

Efecto de la Efecto de la presiónpresión: : A una temperatura determinada, el aumento de la presión implica un incremento en la solubilidad del gas en el líquido.

SaturadaSaturada SobresaturadaSobresaturada No-saturadaNo-saturada

CONCENTRACIÓN RELATIVA DE LAS SOLUCIONESCONCENTRACIÓN RELATIVA DE LAS SOLUCIONES

INFORMACION QUE APORTAN LAS ETIQUETAS DE LOS REACTIVOS

ConcentraciónConcentración (formas de expresarla) (formas de expresarla)

gramos/litrogramos/litro Tanto por ciento en masa.Tanto por ciento en masa. Tanto por ciento masa-volumen.Tanto por ciento masa-volumen. Partes por millón (ppm)Partes por millón (ppm) Molaridad.Molaridad. Fracción molar.Fracción molar. Molalidad.Molalidad. Normalidad (ya no se usa).Normalidad (ya no se usa).

Concentración en Concentración en gramos/litro.gramos/litro.

Expresa la masa en gramos de soluto Expresa la masa en gramos de soluto por cada litro de disolución.por cada litro de disolución.

mmsoluto soluto (g)(g) conc. (g/L) = ———————— conc. (g/L) = ———————— V Vdisolución disolución (L)(L)

Tanto por ciento en masaTanto por ciento en masa

Expresa la masa en gramos de soluto Expresa la masa en gramos de soluto por cada 100 g de disolución.por cada 100 g de disolución.

m solutom soluto % masa = ————————— % masa = ————————— 100 g de solución 100 g de solución

Tanto por cientoTanto por ciento masa-volumen masa-volumen

Expresa la masa en gramos de soluto por Expresa la masa en gramos de soluto por cada 100 mL de disolución.cada 100 mL de disolución.

m solutom soluto % masa/volumen = ————————— % masa/volumen = ————————— 100 mL de solución 100 mL de solución

Molaridad (Molaridad (M M ))

Expresa la cantidad de soluto (en mol) por Expresa la cantidad de soluto (en mol) por cada litro de disolución.cada litro de disolución.

nn m msoluto soluto //MMsolutosoluto M M = ——— = ———————= ——— = ——————— V (L) V (L) V (L) V (L)

siendosiendo V (L) el volumen de la disolución V (L) el volumen de la disolución expresado en litros expresado en litros

INFORMACION QUE APORTAN LAS ETIQUETAS DE LOS REACTIVOS

Ejercicio:Ejercicio: ¿ Cuál es la molaridad de la ¿ Cuál es la molaridad de la disolución obtenida al disolver 12,0 g de disolución obtenida al disolver 12,0 g de NaCl en agua destilada hasta obtener 250 NaCl en agua destilada hasta obtener 250 mL de disolución?mL de disolución?

La molaridad de la disolución es:La molaridad de la disolución es:

12,0 g/58,5 g/mol NaCl12,0 g/58,5 g/mol NaCl M M == = = 0,82 M0,82 M 0,250 L solución 0,250 L solución

Ejercicio:Ejercicio: ¿Cuál será la molaridad de una ¿Cuál será la molaridad de una disolución de NHdisolución de NH33 al 15,0 % en masa y de al 15,0 % en masa y de

densidad 920 g/L?densidad 920 g/L?

15,0 g NH15,0 g NH3 3 / 17 g/mol / 17 g/mol ———————————— = ———————————— = 8,11 M8,11 M 100 g solución/ 920 g/L 100 g solución/ 920 g/L

Ejemplo:Ejemplo: ¿Como prepararía 100 mL de ¿Como prepararía 100 mL deuna disolución 0,15 M de NaOH en agua a una disolución 0,15 M de NaOH en agua a partir de NaOH comercial?partir de NaOH comercial?

Se necesitanSe necesitan

0,15 mol de NaOH· 40 g/mol 0,6 g NaOH 0,15 mol de NaOH· 40 g/mol 0,6 g NaOH ————————————— = ———————— ————————————— = ————————

1000 mL de solución 100 mL de solución1000 mL de solución 100 mL de solución

DILUCIONES

Preparación de disoluciones diluidas a partir de

disoluciones más concentradas:

moles de soluto en solución concentrada = moles de soluto en solución diluida

MolaridadMolaridad11· Volumen· Volumen11 = Molaridad = Molaridad22 · Volumen · Volumen22

Ejercicio:Ejercicio: Se desea preparar 250 mL de una disolución de HCl Se desea preparar 250 mL de una disolución de HCl 2,002,00M, sabiendo que el frasco de HCl tiene las siguientes M, sabiendo que el frasco de HCl tiene las siguientes indicaciones: indicaciones: d=1,18 g/mL; concentración = 35 % en masad=1,18 g/mL; concentración = 35 % en masa

1.- Molaridad de la solución inicial1.- Molaridad de la solución inicial

35 g HCl / 36,5 g/mol35 g HCl / 36,5 g/mol ————————————— ————————————— = = 11,3 mol/L11,3 mol/L 100 g solución /1180 g/L100 g solución /1180 g/L

2.- Dilución2.- Dilución

V= volumen de solución inicial que contiene la cantidad de soluto necesaria V= volumen de solución inicial que contiene la cantidad de soluto necesaria

0,250 L· 2,00 mol/L = V · 11,3 mol/L0,250 L· 2,00 mol/L = V · 11,3 mol/L

V = 0,044 L solución al 35 % en masaV = 0,044 L solución al 35 % en masa + agua + agua

————————————————————————————————————————0,250 L de solución 2,00 M0,250 L de solución 2,00 M

PARTES POR MILLON (ppm)

Para disoluciones muy diluidas se utilizan:

ppm: partes por millón (g/g, mg/L)

ppm = (masa de soluto/masa de solución) · 106

ppm = % en masa · 10ppm = % en masa · 1044

Fracción molar (Fracción molar ())

Expresa el cuociente entre el número Expresa el cuociente entre el número de moles de soluto y el número de de moles de soluto y el número de moles total (soluto más disolvente).moles total (soluto más disolvente).

nnsoluto soluto

soluto soluto = ————————— = ————————— nnsoluto soluto + n+ ndisolvente disolvente

IgualmenteIgualmente nndisolvente disolvente

disolvente disolvente = ————————— = ————————— n nsoluto soluto + n+ ndisolvente disolvente

nnsoluto soluto + n+ ndisolventedisolvente soluto soluto + + disolvente disolvente = ————————— = 1 = ————————— = 1 n nsoluto soluto + n+ ndisolventedisolvente

Si hubiera más de un soluto siempre ocurrirá que la suma Si hubiera más de un soluto siempre ocurrirá que la suma de las fracciones molares de todas las especies en de las fracciones molares de todas las especies en disolución dará como resultado “1”.disolución dará como resultado “1”.

Ejemplo:Ejemplo: Calcular la fracción molar de CH Calcular la fracción molar de CH44 y de y de

CC22HH66 en una mezcla de 4,0 g de CH en una mezcla de 4,0 g de CH44 y 6,0 g de y 6,0 g de

CC22HH66 y comprobar que la suma de ambas es la y comprobar que la suma de ambas es la

unidad.unidad. 4,0 g4,0 g 6,0 g 6,0 g

n (CHn (CH44) =———— = 0,25 mol; n (C) =———— = 0,25 mol; n (C22HH66) =————= 0,20 mol) =————= 0,20 mol 16 g/mol 16 g/mol 30 g/mol 30 g/mol

nn (CH(CH44) ) 0,25 mol0,25 mol (CH(CH44) = ———————— = ————————— = ) = ———————— = ————————— = 0,560,56 n n (CH(CH44) + n) + n (C(C22HH66) 0,25 mol + 0,20 mol) 0,25 mol + 0,20 mol

nn (C(C22HH66) ) 0,20 mol0,20 mol (C (C22HH66) = ———————— = ————————— = ) = ———————— = ————————— = 0,440,44 n n (CH(CH44) + n) + n (C(C22HH66) 0,25 mol + 0,20 mol) 0,25 mol + 0,20 mol

(CH(CH44) + ) + (C (C22HH66) = 0,56 + 0,44 = 1) = 0,56 + 0,44 = 1

Propiedades coligativasPropiedades coligativas

Las disoluciones tienen propiedades Las disoluciones tienen propiedades diferentes de las de los disolventes puros.diferentes de las de los disolventes puros.

Cuanto más concentradas estén las Cuanto más concentradas estén las disoluciones más diferirán sus disoluciones más diferirán sus propiedades de las de los disolventes propiedades de las de los disolventes puros.puros.

Propiedades coligativasPropiedades coligativas

Disminución de la Disminución de la presión de vaporpresión de vapor.. Aumento de Aumento de temperatura de ebullicióntemperatura de ebullición.. Disminución de la Disminución de la temperatura de fusióntemperatura de fusión.. Presión osmóticaPresión osmótica (presión hidrostática necesaria (presión hidrostática necesaria

para detener el flujo de disolvente puro a través de para detener el flujo de disolvente puro a través de una membrana semipermeable).una membrana semipermeable).

Disminución de la presión de vaporDisminución de la presión de vapor

El efecto de un soluto no volátil sobre un solvente volátil se demuestra en la experiencia de la figura en donde se coloca dos vasos, uno con agua y el otro con solución de azúcar y agua

Después de un tiempo el volumen de agua disminuye y el de azúcar aumenta hasta que toda el agua se transfiere al azúcar.

El solvente (agua) en estado puro alcanza un equilibrio dinámico con una velocidad de pasaje de las moléculas de A vapor igual a la de condensación.Las moléculas de soluto retienen a las de agua haciendo mas lenta la vaporización y disminuyendo la cantidad de moléculas que se vaporizan como resultado macro se produce una disminución de la Pv del solvente volátilEn el caso de los vasos al generarse un desequilibrio de Pv el solvente puro tiende a compensar las presiones pasando al vaso de solución de menor Pv

Agua pura en equilibrio con su vapor

Solución de azúcar

Solvente agua en equilibrio con vapor de agua

Moléculas De soluto

Ascenso ebulloscópicoAscenso ebulloscópicoElevación del punto de ebulliciónElevación del punto de ebullición

•Si se agrega un soluto no volátil la Pv baja, en función de la ley de Rault, proporcionalmente a la cantidad de soluto P1=X1· P10

•Para cada temperatura tendríamos una P1 menor que la presión P1 0 del solvente puro

0eee TTT

Te

T0e

Punto de ebullición es la temperatura que se alcanza cuando se igualan la presión de vapor y la presión externa. Punto de ebullición normal: para la P=1 atm.

La línea azul es el punto de equilibrio del agua de la solución con su vapor y vemos que es una temperatura mayor que la del agua pura. Esto se denomina ascenso del punto de ebullición

m ·ee KT 0eee TTT

Ascenso ebulloscópicoAscenso ebulloscópicoElevación del punto de ebulliciónElevación del punto de ebullición

Ke: constante molal de ascenso ebulloscópicom= moles soluto / kg de solvente (agua)

Descenso crioscópicoDescenso crioscópicoDisminución del punto de congelaciónDisminución del punto de congelación

ccc TTT 0

mKT cc ·

Tc

T0c

El agregado de un soluto cualquiera produce una disminución del punto de congelación.

ccc TTT 0

Kc: constante molal de disminución del punto de congelación ºC/mm= moles soluto / kg de solvente (agua)

OsmosisOsmosisPresión osmóticaPresión osmótica

OSMOSIS: (a) Movimiento neto de un disolvente desde el disolvente puro o de una solución con baja concentración de soluto hacia una solución con alta concentración de soluto

(b) El proceso osmótico se detiene cuando la columna de solución de la izquierda alcanza la altura necesaria para ejercer una presión sobre la membrana suficiente para contrarrestar el movimiento neto del disolvente. En este punto la solución de la izquierda está más diluida, pero aún existe una diferencia de concentración entre las soluciones

SOLVENTE PURO O SOLUCIÓN DILUIDA

El movimiento neto de solvente es siempre hacia la solución

más concentrada

Membrana semi-

permeable: permite el paso de

moléculas de solvente pero no de las demás

Presión osmóticaPresión osmótica