Disoluciones y Propiedades Coligativas

¿ Qué ocurre cuando aumenta la concentración de gases tóxicos como CO, CO2 Y SO2 en el aire? ¿qué tipo de mezcla es el smog?

LA CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN ACUOSA

Se estudiará la composición de las disoluciones desde un punto de vista cuantitativo. Ya que en forma cualitativa , se dice que la disolución es concentrada cuando contiene una gran cantidad de soluto en relación con la del disolvente, por el contrario es diluida si la cantidad de soluto es pequeña.

Para expresar la composición de una disolución , se utiliza el concepto de concentración de una disolución.

Concentración : es la cantidad de soluto disuelto en una cantidad unitaria de disolvente o de disolución.

Concentración Molar o Molaridad ( C)

M = molaridad : cantidad de soluto ( mol) volumen de disolución ( L)

MOLARIDAD (M)

Cantidad de moles de soluto que existen en un litro de solución.

)(.

.

litrosónumenSolucisolutoxVolMM

SolutogramosM

Ejercicios

DENSIDAD

La densidad absoluta o masa específica de una sustancia es la masa de la unidad de volumen de esa sustancia.

Se mide en g/cm3

V

md

DENSIDAD

Un cubo de hielo flota en el agua porque su densidad es MENOR que la del agua.

Un clavo se hunde en el agua porque su densidad es MAYOR que la del agua.

El cloroformo (líquido) queda debajo del agua, porque su densidad es MAYOR que la del agua.

EXPRESIONES EN SOLUCIONES

Porcentaje masa–masa (% m/m) o (% p/p)

Es la masa de soluto que está contenida en 100 g de solución.

100xsolución.g

soluto.gm/m%

EXPRESIONES EN SOLUCIONESPorcentaje masa/ masa (% m/m)

12 g café + 188 g agua = Solución 6% m/m

EXPRESIONES EN SOLUCIONES

Porcentaje masa/volumen (% m/v) o % p/v

Es la masa de soluto que se encuentra en 100 ml de solución.

EXPRESIONES EN SOLUCIONESPorcentaje Volumen-Volumen (% v/v)

20 ml Ac. acético + 80 ml agua = Solución 20% V/V

E

Una solución acuosa de vinagre (CH3COOH) 0,4 % p/v tiene:

A) 0,4 gramos de vinagre en 1000 ml de solución.

B) 0,4 gramos de vinagre en 1000 ml de solvente.

C) 0,4 moles de vinagre en 100 ml de solución.

D) 0,4 moles de vinagre en 100 ml de solvente.

E) 0,4 gramos de vinagre en 100 ml de solución.

A

Calcule % p/v si se dispone de 250 ml de una solución que contiene 15 g de HCN

A) 6,0 % p/vB) 0,6 % p/vC) 60 % p/vD) 66 % p/vE) 0,06 % p/v

MOLALIDAD (M)

Es la cantidad de moles de soluto que están disueltos en 1000 g (1 kg) de solvente.

)kilos(aSolventesolutoxMas.MM

Soluto.gramosm

CONCENTRACIONES PEQUEÑAS

Sustancia muy diluida en otra, es común emplear las relaciones partes por millón (ppm), partes por "billón" (ppb) . El millón equivale a 106, el billón estadounidense, a 109 .

Las partes por millón, se refiere a las partes de soluto en un millón de solución. Comúnmente se utiliza los miligramos de soluto por kilogramo de disolución. 1kg= 1.000.000 mg.

PARTES POR MILLÓN (P.P.M.) Concentración usada para soluciones

extremadamente diluidas. Corresponde a los miligramos de soluto

disueltos en 1000 ml o 1 litro de solución.

1500 ppm = 1500 mg / litro

FRACCIÓN MOLAR (XN) La fracción molar o fracción en moles de soluto en

una solución, es el cuociente entre la cantidad de moles del soluto y la cantidad total de moles en la solución (soluto + solvente).

Moles soluto + moles solvente = moles solución

21

11 nn

nX

21

22 nn

nX

X1: fracción molar soluto X2: fracción molar solvente

n1: cantidad de

moles del soluto

n2: cantidad de

moles del solvente

Ejemplo:Se tienen 2 moles de NaCl y 6 moles de H2O. ¿Cuál es la fracción molar del soluto?

Moles soluto: 2 Moles solvente: 6 Moles solución: 8

21

11 nn

nX

Fracción molar soluto:

25,08

2

62

2X1

Preparación de Preparación de disoluciones disoluciones

acuosasacuosas

DILUCIÓN DE DISOLUCIONES

Principio en que se basa: “todo el soluto contenido en la disolución inicial más

concentrada se encuentra en la disolución diluida final”

Representación de la dilución de una disolución

VfMfViMi

Siempre se cumple que

Dilución de disoluciones

nfni

Disolución concentrada (i) Disolución diluída (f)

Preparación de una disolución de K2Cr2O4 0,0100M por dilución de una disolución de K2Cr2O4 0,250M

10,0 mL de disolución concentradaK2Cr2O4 0,250M

250 mL de disolución diluidaK2Cr2O4 0,0100M

ni = nfMi x Vi = Mf x Vf

0,250M x 10,0x10-3 L = 0,0100 M x 0,250 L2,5x10-3 moles = 2,5x10-3 moles

Ejercicio:Una muestra de 25,0 mL de HCl(ac) se diluye hasta 500,0 mL. Si la concentración de la disolución diluida resulta ser de 0,085 M, ¿cuál era la concentración de la disolución original?

MmL

mLMC

mLMmLC

VCVC

70,10,25

0,500085,0

0,500085,00,25

1

1

2211

Se disponía de una disolución concentrada 1,70 M, de esta se tomó un volumen de 25,0 mL y se colocó en otro matraz y se le agregó agua (disolvente) hasta que se completó un volumen de 500,0 mL, de esta forma se obtuvo una nueva disolución quetiene una concentración 0,085 M, es decir, hay 0,085 moles de HCl por cada Litro de disolución, por tanto en 500 mL hay la mitad de los moles (0,0425n)

CIENCIA PASO A PASO

PÁGINAS 70- 71

SOLUBILIDAD Y SUS FACTORES

Es la cantidad de soluto que a una determinada temperatura se disuelve en una cantidad de solvente dada.

Corresponde a la concentración de una solución saturada

Por ejemplo la azúcar tiene una solubilidad de 20,4 gramos / 100 gramos de agua a 20º C

Esto quiere decir que se disuelven 20,4 gramos de azúcar como máximo en 100 gramos de agua a 20ºC.

CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES SEGÚN GRADO DE SATURACIÓN

Solución saturada: son aquellas que presentan una cantidad de soluto disuelta igual a la solubilidad

Solución insaturada: son aquellas que presentan una cantidad de soluto menor que su solubilidad

Solución sobresaturada: son aquellos que presentan una cantidad de soluto disuelta mayor que la solubilidad. Estas soluciones son inestables y solo pueden existir en condiciones especiales.

EJERCICIOS

Considere los siguientes datos de solubilidad para la sal KCl en función de la temperatura ( en gramos de soluto / 100 gramos de agua)

20º C 40ºC 80ºC

33 39 50

Al respectoCalifique las siguientes soluciones como: saturadas, insaturadas .1)39 gramos de KCl disueltos en 100 gramos de agua a 40ºC…………………………

2)36 gramos de KCl disueltos en 100 gramos de agua a 50ºC…………………………

saturadas

insaturada

SOLUBILIDAD DE LÍQUIDOS

Líquidos miscibles: son aquellos que se disuelven en cualquier proporción ( solubilidad infinita) es decir no hay limite de saturación. Ejemplo: alcohol y agua.

Líquidos inmiscibles: son aquellos que no se disuelven unos en otros ( solubilidad prácticamente nula). Ejemplo: aceite y agua.

Líquidos parcialmente miscibles: son aquellos en que cada uno se disuelve en otro hasta cierto grado, produciendo dos soluciones saturadas. Ejemplo: éter etílico y agua.

FACTORES DE LA SOLUBILIDAD

EFECTO DE LA TEMPERATURA:

Sólido- líquido« la solubilidad en el agua de las sustancias solidas aumenta con el incremento de la temperatura».

Líquido- gas « la solubilidad disminuye al incrementarse

la temperatura, ya que el gas escapara de la disolución» ( en general la solubilidad de los gases es bastante baja y debe expresarse en ppm).

EFECTO DE LA PRESIÓN

Solo afecta a sustancias gaseosas. La solubilidad de un gas sobre cualquier disolvente, aumenta al incrementar la presión del gas, sobre el disolvente, siempre que se mantenga constante la temperatura

Al destapar la botella el gas escapa de la solución formando burbujas ( espuma).Al bajar la presión del gas, la solubilidad disminuye.

NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL DISOLVENTE

En general las sustancias iónicas son solubles en solventes polares.

Las sustancias polares son solubles en solventes polares

Las sustancias no polares son solubles en disolventes no polares.

Es decir « lo semejante disuelve a lo semejante»

EJERCICIO 12A 25 ºC SE DISUELVE COMO MÁXIMO 180 G DE NITRATO DE SODIO EN 200 G DE AGUA.(A) ¿QUÉ SIGNIFICA QUE ESTA DISOLUCIÓN ESTÉ SATURADA?(B) ¿CUÁL ES LA SOLUBILIDAD DEL NITRATO DE SODIO EN AGUA A ESA TEMPERATURA?(C) SI SE DISUELVE 50 G DE NITRATO DE SODIO EN 100 G DE AGUA A 25 ºC, ¿SE OBTIENE UNA DISOLUCIÓN SATURADA? RAZONA LA RESPUESTA.

# Contesta al apartado (a).

Significa que dicha disolución no admite más soluto: se ha disuelto la máxima masa posible.

# Contesta al apartado (b).

Si 200 g de agua se disuelve como máximo 180 g de nitrato de sodio, en 100 g de agua se disolverá la mitad de soluto; por lo tanto, la solubilidad es

90 g de nitrato / 100 g de agua.

# Contesta al apartado (c).

No se obtiene una disolución saturada, ya que los 100 g de disolvente admiten hasta 90 g de nitrato de sodio y sólo se ha disuelto 50 g de dicho nitrato.

EJERCICIO 13A PARTIR DE LAS CURVAS DE SOLUBILIDAD MOSTRADAS EN EL GRÁFICO, DETERMINA:(A) ¿CUÁL ES LA SOLUBILIDAD DEL NITRATO DE POTASIO A 25 ºC?(B) ¿A QUÉ TEMPERATURA LA SOLUBILIDAD DEL NITRATO DE POTASIO ES DE 80 G/100 G DE AGUA?(C) ¿QUÉ MASA DE NITRATO DE POTASIO DEBE DISOLVERSE EN 150 G DE AGUA PARA OBTENER UNA DISOLUCIÓN SATURADA A 25ºC?

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

temperatura (ºC)

solu

bili

dad

(g

so

luto

/100

g a

gu

a)

Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio

# Contesta al apartado (a)

36 g/100 g agua

# Contesta al apartado (b)

50 ºC

# Contesta al apartado (c)

;

Como la solubilidad del nitrato de potasio es de 36 g/100 g agua, para deducir la masa de nitrato que se disolverá en 150 g aplicamos la siguiente proporción:

g

m

g

g

150100

36 gm 54

100

15036

EJERCICIO 14

(A) LEE EN LA GRÁFICA LAS SOLUBILIDADES DEL SULFATO DE COBRE, DEL CLORURO DE SODIO Y DEL NITRATO DE POTASIO A 20 ºC.(B) ¿CUÁLES SON LAS SOLUBILIDADES DE ESTAS SALES A 60 ºC?(C) ¿QUÉ DIFERENCIAS OBSERVAS EN LA VARIACIÓN DE LA SOLUBILIDAD CON LA TEMPERATURA DE ESTAS TRES SALES?

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

temperatura (ºC)

so

lub

ilid

ad (

g s

olu

to/1

00 g

ag

ua)

Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio

# Contesta al apartado (a)

# Contesta al apartado (b)

# Contesta al apartado (c)

solubilidad 20 ºC 60 ºC

Nitrato de potasio

30 g/100 g agua 105 g/100 g agua

Sulfato de cobre

20 g/100 g agua 45 g/100 g agua

Cloruro de sodio

38 g/100 g agua 39 g/100 g agua

Vemos que la variación de la solubilidad con la temperatura es muy grande para el nitrato de potasio, moderada en el caso del sulfato de cobre y muy pequeña para el cloruro de sodio.

EJERCICIO 16

¿CUÁNTOS GRAMOS DE CLORURO DE SODIO HAN DE DISOLVERSE EN 1500 G DE AGUA A 30 ºC PARA OBTENER UNA DISOLUCIÓN SATURADA?

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

temperatura (ºC)

solu

bili

dad

(g

so

luto

/100

g a

gu

a)

Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio

# Determina, a partir de la curva de solubilidad del cloruro de sodio, su solubilidad a 30 ºC.

38 g/100 g agua

# Calcula la masa de cloruro de sodio que se disolverá.

Como la solubilidad del cloruro de sodio es de 38 g/100 g agua, para deducir la masa de cloruro que se disolverá en 1500 g aplicamos la siguiente proporción:

g

m

g

g

1500100

38 gm 570

100

150038

LAS PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES

PROPIEDADES PROPIEDADES CONSTITUTIVASCONSTITUTIVAS

PROPIEDADES PROPIEDADES COLIGATIVASCOLIGATIVAS

PROPIEDADES COLIGATIVAS Son aquellas propiedades que dependen

directamente del numero de partículas de soluto en la solución y no de la naturaleza de las partículas de soluto.

Clasificación

Descenso en la presión de vapor .

Aumento del punto de ebullición.

Disminución del punto de congelación.

Presión Osmótica.

PRESIÓN DE VAPOR.

Es una medida del número de moléculas que escapan de la superficie de un liquido por unidad de área. Según esto hay líquidos volátiles, como la acetona y el alcohol, que tienen presión de vapor alta, es decir, pasan con facilidad de liquido a gas, y líquidos no volátiles con una presión de vapor baja.

I- DESCENSO EN LA PRESIÓN DE VAPOR

Una propiedad característica de los líquidos es su tendencia a evaporarse.

Este proceso fue estudiado por Químico Frances Raoult.

Ley de Raoult : la presión de vapor de una solución diluida, de soluto no volátil y no iónico, es igual al producto de la presión de vapor del solvente puro y la fracción molar del solvente en la solución.

Pv =Pºv · Xd

Pv= presión de vapor de la solución.Pºv = presión de vapor del solvente puro.Xd= fracción molar del solvente en la solución.

P = presión de vapor de la solución.PA = presión parcial del componente APB= presión parcial del componente B.

P = PA + PB

Para mezclas de líquidos miscibles

PUNTO DE EBULLICIÓN (TE)

Es la temperatura a la cual la presión de vapor se iguala a la presión atmosférica.

II- AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

La presión de vapor de un líquido aumenta al aumentar la temperatura de un líquido que hierve, cuando su presión de vapor iguala a la presión externa o atmosférica que se ejerce sobre su superficie.

Este fenómeno queda establecido por las siguientes ecuaciones:

Teb = Teb - TºebTeb = Keb· m

Teb= Variación de la temperatura de ebullición.Keb= Cte. ebulloscópica, depende de la naturaleza del disolvente.M= Molalidad.Teb= Temperatura de ebullición de la solución.Tºeb= Temperatura de ebullición del solvente puro.

PUNTO DE CONGELACIÓN ( TC)

Es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido y del sólido son iguales. A dicha temperatura el liquido se convierte en sólido.

III- DESCENSO DEL PUNTO DE

CONGELACIÓN

El punto de congelación de una solución es siempre mas bajo que el del solvente puro. Como las moléculas del solvente en una solución están algo mas separadas entre si ( por partículas de soluto) de los que están en el solvente puro, la temperatura de la solución debe disminuir por debajo del punto de congelación del solvente puro para congelarla.

TC = T°C-TCTC = KC · M

TC = VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE CONGELACIÓN.KC= CONSTANTE CRIOSCÓPICA.M= MOLALIDADTºC= TEMPERATURA DE CONGELACIÓN DEL SOLVENTE PURO.TC= TEMPERATURA DE LA DISOLUCIÓN.KC H2O= 1.86 °C/molal

IV- PRESIÓN OSMÓTICA

Presión Osmótica () y es la presión requerida para detener la osmosis; esta presión depende de la temperatura y de la concentración de la solución.

=n R TV

= Presión Osmótica (atm)V = Volumen de la solución (L)R = Constante de los gases ideales (0,082 L atm/ °K mol)n = Número de moles de solutoT = Temperatura (°K)

=M R TEcuación de Van`t Hoff

Paso de disolvente pero no de solutos entre dos disoluciones de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable.

Presión osmótica ()

M: molaridad de la disolución.R: constante de los gases.T: temperatura absoluta.

Presión que se requiere para detener la osmosis

TRM

Osmosis

OSMOSIS - APLICACIONES PRÁCTICAS

Organismos VivosGlóbulos rojos de la sangre (Hematíes)

Solución Isotónica (igual concentración de iones en solución y célula

Solución Hipertónica (mayor concentración de iones en solución que en célula

Solución Hipotónica (menor concentración de iones en solución que en célula

El glóbulo rojo se arrugará (plasmolisis)

el glóbulo se hinchará (turgencia) y puede llegar

a estallar (hemólisis)