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DEPARTAMENTO DE QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Dra. Claudia Beatriz Falicoff Prof. Adjunta NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa. ¿Qué vamos a aprender? PROPIEDADES COLIGATIVAS Contenidos COLOIDES DISOLUCIONES DISOLUCIONES Disolución: mezcla homogénea (una fase) de dos o más sustancias y de composición variable. Disolución = soluto + disolvente Disolvente: componente mayoritario de las disoluciones. Soluto: componente minoritario de las disoluciones. Clasificación de las disoluciones 1. Por su concentración: – Disoluciones no saturadas – Disoluciones saturadas – Disoluciones sobresaturadas - Disoluciones sobresaturadas Cuando se siembra un pequeño cristal a una disolución sobresaturada de acetato de sodio (izquierda), se forman rápidamente cristales de acetato de sodio. Clasificación de las disoluciones 2. Por el estado de agregación del disolvente: – Disoluciones líquidas – Disoluciones sólidas – Disoluciones gaseosas Ejemplo de disoluciones Estado de la Estado del Estado del Ejemplo disolución disolvente soluto LÍQUIDO LÍQUIDO GAS Agua gaseosa (CO2 en agua) LÍQUIDO LÍQUIDO LÍQUIDO Etanol en H2O LÍQUIDO LÍQUIDO SÓLIDO NaCl en H2O SÓLIDO SÓLIDO GAS H2(g) en Paladio SÓLIDO SÓLIDO LÍQUIDO Amalgama (Hg(l) en Au(s)) SÓLIDO SÓLIDO SÓLIDO Bronce (Sn(s) en Cu(s)) GAS GAS GAS Aire Clasificación de las disoluciones 3. Por el tipo de soluto: – Disoluciones no electrolíticas – Disoluciones electrolíticas Enfoque molecular del proceso de disolución Se esquematiza en tres etapas: primero, las moléculas de disolvente y del soluto se separan (etapas 1 y 2). Después, las moléculas del disolvente y del soluto se mezclan (etapa 3). Chang, R. (2013). Química. Undécima Edición. México: Mcgraw-Hill. (Página 522) EXOTÉRMICA ENDOTÉRMICA Enfoque molecular del proceso de disolución PROCESO DE DISOLUCIÓN Atkins, P. & Jones, L. (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento. 3ª Edición. Madrid: Editorial Médica Panamericana. (Página 299) PROCESO DE DISOLUCIÓN SE RIGE POR LOS PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA ENERGÉTICO ENTRÓPICO EXOTÉRMICO ENDOTÉRMICO AUMENTA EL DESORDEN SE FAVORECE LA SOLUBILIDAD DE UNA SUSTANCIA INCLUSO SI EL PROCESO ES ENDOTÉRMICO FACTORES Enfoque molecular del proceso de disolución Unidades de concentración Programa Ingreso UNL: http://www.unl.edu.ar/ingreso/cursos/quimica/ Unidad Símbolo Unidad Descripción Porcentaje masa en masa % m/m g/100 g Masa de soluto como porcentaje de la masa total de la disolución. Partes por millón ppm mg/kg Masa de soluto en mg por cada kg de disolución. Porcentaje masa en volumen % m/V g/100 mL Masa de soluto en gramos por 100 mL de disolución. Gramos/Litro g/L g/L Masa de soluto en gramos por litro de disolución. Molaridad M mol/L Número de moles de soluto por litro de disolución. Unidades de concentración Unidad Símbolo Unidad Descripción Fracción molar x Adimensional Relación del número de moles i (de soluto o disolvente) con el número de moles totales (moles de soluto + moles de disolvente). Molalidad m molal Número de moles de soluto (n) disueltos en 1 kg (1000 g) de un disolvente. Unidades de concentración a) Cálculo de la molalidad masa solvente + masa soluto = masa disolución 100 g disolución – 0,99 g soluto = 99,01 g solvente 99,01 g solvente _____ 0,99 g soluto (NaOH) 1000 g solvente _____ x = 9,99 g soluto (NaOH) 40 g soluto _____ 1 mol de NaOH 9,99 g soluto _____ x = 0,249 mol de NaOH Resultado: 0,249 m Ejemplo: Para una disolución de hidróxido de sodio 0,99 % (m/m), calcular a) la molalidad, b) fracción molar del soluto y del solvente. Unidades de concentración Ejemplo: Para una disolución de hidróxido de sodio 0,99 % (m/m), calcular a) la molalidad, b) fracción molar del soluto y del solvente. b) Cálculo de la fracción molar Si la concentración es 0,249 molal implica que: O,249 mol de soluto (NaOH) en 1000 g de solvente (H2O) 18 g solvente (H2O) _____ 1 mol de solvente H2O 1000 g solvente (H2O) _____ x = 55,55 mol de solvente H2O X sto. = m = 0,249 = 4,46 x 10-3 55,55 + m 55,55 + 0,249 X ste. = 1 – 4,46 x 10-3= 0,996 Resultados: X sto. = 4,46 x 10-3 X ste. = 0,996 Solubilidad: cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de solvente a una temperatura dada. Factores que afectan la solubilidad: 1- La naturaleza del soluto y del solvente. “Lo semejante disuelve a lo semejante”. 2- Temperatura. La temperatura tiene un efecto importante en la solubilidad de los gases, líquidos y sólidos. 3- Presión. La presión externa no tiene influencia sobre la solubilidad de líquidos y sólidos, pero afecta enormemente la solubilidad de los gases. 1- NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL SOLVENTE “Lo semejante disuelve a lo semejante”. Cuando el NaCl se disuelve en agua, los iones se estabilizan en disolución por la hidratación, que implica interacciones ion-dipolo. Se puede predecir que los compuestos iónicos serán mucho más solubles en disolventes polares. https://portalacademico.cch.unam.mx/materiales/prof/matdidac/sitpro/exp/quim/quim2/quimIIvallejo/mtodo_de_aprendizaje_a5.html 2- TEMPERATURA: Dependencia de la solubilidad de algunos compuestos iónicos en agua. Solubilidad (g soluto /100g H20) en función de la Temperatura (ºC) La solubilidad de los gases en agua, en general, disminuye cuando aumenta la temperatura. 2- TEMPERATURA: Variación de la solubilidad de los gases William Henry (1775-1836) La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución c = k . P Constante de la ley de Henry (unidades mol. L-1. atm-1) . Depende del gas, solvente y la T. c: es la concentración molar (mol/L) del gas disuelto. P: es la presión (atm) del gas sobre la disolución 3- PRESIÓN: Solubilidad de los gases. Ley de Henry PROPIEDADES COLIGATIVAS PROPIEDADES COLIGATIVAS Disoluciones de no electrolitos a. Disminución de la presión de vapor b. Aumento de la temperatura de ebullición c. Descenso de la temperatura de fusión/congelación d. Presión osmótica Son propiedades físicas que dependen únicamente de la cantidad de soluto añadida y no de su naturaleza. Pste = Xste P°ste Ley de Raoult La presión parcial de un disolvente en una disolución, Pste está dada por la presión de vapor del disolvente puro, Po, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución, Xste . Presión de vapor del solvente puro Fracción molar de solvente en la disolución Presión vapor del solvente en la disolución François Marie Raoult (1830-1901) a. Disminución de la presión de vapor Pºste - Pste = xsto Pºste DP = xsto Pºste ΔP: disminución de la presión de vapor. Depende de la fracción molar del soluto. Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, la presión de vapor disminuye. Ley de Raoult Pste = xste Pºste Pste = (1 - xsto ) Pºste xsto: fracción molar de soluto Pste = Pºste - xsto Pºste Pste – Pºste = - xsto Pºste a. Disminución de la presión de vapor Ejemplo: Calcule la presión de vapor en la disolución compuesta por 98 moles de agua y 2 moles de sacarosa,a 50ºC. Dato: la presión de vapor del agua pura a esa temperatura es 92,51 mm Hg. DP = i. Xsoluto P o solvente DP = 1. ------------ x 92,51 mm Hg DP = 1,85 mm Hg DP = Pº solvente puro – P solvente en la disolución Pste. en la disolución = Pºste. puro – DP = (92,52 – 1,85) mm Hg = 90,66 mm Hg La presión de vapor ha disminuido en 1,85 mm Hg, y la presión de vapor del solvente en la solución es 90,66 mm Hg. Resultado: 90,66 mm Hg 2 (98 + 2) a. Disminución de la presión de vapor Factor de Van’t Hoff, i = 1 para la sacarosa, soluto no electrolito. Ver imágenes 44 y 45. O bien, también se puede resolver aplicando la ley de Raoult Psolvente = Xsolvente P o solvente Psolvente = ----------- x 92,51mm Hg Psolvente = 90,66 mmHg Resultado: 90,66 mm Hg 98 98 + 2 a. Disminución de la presión de vapor P re si ó n d e v ap o r d el d is o lv en te X disolvente X soluto 0 0 0 1 1 P° disolvente Dependencia de la presión parcial respecto a la fracción molar a. Disminución de la presión de vapor Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, el punto de ebullición aumenta. El aumento del punto de ebullición (ΔTb) se define como el punto de ebullición de la disolución (Tb) menos el punto de ebullición del solvente puro (T°b). b. Aumento del punto de ebullición DTb = kb . m Donde: DTb = Aumento del punto de ebullición kb = Constante molal de elevación del punto de ebullición, o constante ebulloscópica. Unidades: ºC. m-1 m = molalidad DTb = Tb disolución – Tºb solvente puro Como consecuencia de la disminución de la presión de vapor, la temperatura de ebullición de la disolución es mayor que la del disolvente puro. b. Aumento del punto de ebullición Ejemplo: Calcule el punto de ebullición de una disolución que contiene 10 g de glucosa y 100 g de agua. Datos: La constante ebulloscópica o constante molal de elevación del punto de ebullición kb H2O = 0,52 ºC/m. MMglucosa = 180 g/mol. DTb = i. kb . m m: moles de soluto : 10 g de glucosa / 180 g/mol kg solvente DTb = 1. 0,52 ºC/m . 0,55 m DTb = 0,29 ºC DTb = Tb disolución – Tºb solvente puro Tb disolución = DTb + Tºb solvente puro = 0,29 ºC + 100ºC = 100,29 ºC Si el punto de ebullición del agua pura es 100ºC, significa que el punto de ebullición de la disolución es 0,29ºC mayor. Resultado: 100,29 ºC 0,100 kg solvente b. Aumento del punto de ebullición Factor de Van’t Hoff, i = 1 para la glucosa, soluto no electrolito. Ver imágenes 44 y 45. Cuando se agrega un soluto a un solvente puro, el punto de congelación disminuye. La disminución del punto de congelación (ΔTf) se define como el punto de congelación del disolvente puro (T°f) menos el punto de congelación de la disolución (Tf). DTf = kf . m Donde: DTf = Disminución del punto de congelación o fusión kf = Constante molal de disminución del punto de congelación, o constante crioscópica. Unidades: ºC. m-1 m = molalidad DTf = Tºf solvente puro – Tf disolución c. Disminución del punto de congelación Ejemplo Calcule el punto de congelación de la solución que contiene 100 g de sacarosa y 500 g de agua. Kf H2O = 1,86 ºC/m. MMsacarosa = 342 g/mol DTf = i. kf . m m: moles de soluto : 100 g de sacarosa / 342 g/mol kg solvente DTf = 1. 1,86 ºC/m . 0,58 m DTf = 1,09 ºC DTf = Tºf solvente puro – Tf disolución Tf disolución= Tºf solvente puro – DTf = 0ºC - 1,09 ºC = - 1,09 ºC Si el punto de congelación del agua pura es 0ºC, significa que el punto de congelación de la solución es 1,09ºC menor . Resultado: - 1,09 ºC 0,500 kg solvente c. Disminución del punto de congelación Factor de Van’t Hoff, i = 1 para la sacarosa, soluto no volátil. Ver imágenes 44 y 45. Diagrama de fases que ilustra la elevación del punto de presión y la disminución del punto de congelación de disoluciones acuosas. Resumen de conceptos La adición del soluto provoca: - Descenso en la presión de vapor - Aumento del punto de ebullición - Descenso del punto de fusión kf > kb El descenso crioscópico es más acusado que el aumento ebulloscópico. Constantes ebulloscópicas y crioscópicas Chang, R. (2013). Química. Undécima Edición. México: Mcgraw-Hill. (Página 539) Ósmosis: es el paso selectivo de moléculas del disolvente a través de una membrana porosa (semipermeable), desde una disolución diluida hacia una de mayor concentración. Presión osmótica (π) de una disolución: es la presión que se requiere para detener la ósmosis. d. Presión osmótica d. Presión osmótica Chang, R. (2010) Química. 10ª Edición. México: Mcgraw-Hill. (Página 534) p = M R T Como n/V = molaridad (M) π: Presión osmótica n: Número de moles soluto R: Constante de los gases R = 0.0821 L . atm / mol . K T: Temperatura V: Volumen d. Presión osmótica p = n R T V • Dos soluciones con la misma presión osmótica: – Soluciones ISOTÓNICAS • Dos soluciones con distinta presión osmótica: – Mayor presión osmótica HIPERTÓNICA – Menor presión osmótica HIPOTÓNICA d. Presión osmótica Glóbulos rojos de la sangre Células Normales Disolución isotónica Igual p Células se expanden (hinchan) Disolución hipotónica Menor p Células se encogen Disolución hipertónica Mayor p d. Presión osmótica Propiedades coligativas Las propiedades más utilizadas son: Disminución del punto de congelación Presión osmótica Aplicación: Determinación de la masa molar del soluto Ejemplo. Si se disuelven 7,08 g de un compuesto en 125 g de CCl4, se observa una disminución del punto de congelación de 10,4 ºC. Determine la MM del compuesto. Kf del solvente = 29,8 ºC/m. Determinación de la masa molar del soluto DT = i. Kf . m DT = m i. Kf 10,4 ºC = m = 0,35 molal 1. 29,8 ºC/m 1000 g disolvente _____ 0,35 moles de soluto 125 g disolvente ________ x = 0,044 moles de soluto 0, 044 moles de soluto _____ 7,08 g de soluto 1 mol de soluto __________ x = 161 g/ mol RESULTADO: MM: 161 g/ mol Factor de Van’t Hoff, i = 1 para CCl4, soluto no electrolito. Ver imágenes 44 y 45. SOLUTO ELECTROLITO Factor de Van´t Hoff: “i “ i = número real de partículas después de la disociación número de unidades de fórmula inicialmente disueltas PROPIEDADES COLIGATIVAS Disoluciones de electrolitos i > 1 para los electrolitos Ejemplos: NaCl i=2 CaCl2 i=3 i = 1 para todos los no electrolitos. Propiedad coligativa Solución de no electrolito Solución de electrolito Descenso de la presión de vapor Descenso crioscópico Ascenso ebulloscópico Presión osmótica p = M R T Influencia del factor i de Van’t Hoff ΔTf = kf . m p = i . M R T ΔTb = kb . m ΔTf = i . kf . m ΔTb = i . kb . m ΔP = i . Xsto . P o ΔP = Xsto . P o COLOIDES ¿Qué es un coloide? es una dispersión de partículas de una sustancia (la fase dispersa) entre un medio dispersor, formado por otra sustancia. Características principales: • Sistema que está compuesto por fase dispersa y medio de dispersión. • El tamaño de las partículas de la fase dispersa (1 x 103 pm a 1 x 106 pm). • Efecto Tyndall. Al hacer pasar un rayo de luz a través de una dispersión coloidal, el mismo se ve en forma clara y nítida al atravesar el coloide. Este fenómeno no sucede en una disolución. Este efecto se debe a que las partículas coloidales son lo suficientemente grandescomo para dispersar la luz. Propiedad óptica: Efecto Tyndall Propiedad óptica: Efecto Tyndall Clasificación de los coloides Según: • Estado de agregación en que se presentan la fase dispersa y el medio dispersante. • Afinidad por el medio dispersante. CLASIFICACIÓN POR ESTADO DE AGREGACIÓN Chang, R. (2013). Química. Undécima Edición. México: Mcgraw-Hill. (Página 549) • LIÓFOBOS O DISPERSIONES COLOIDALES LIÓFOBAS Poca atracción entre la fase dispersa y el medio dispersante. Son los coloides verdaderos. Si el medio de dispersión es agua, se denominan HIDRÓFOBOS. Requieren la presencia de sustancias estabilizadoras para compensar la falta de afinidad por el agua. • LIÓFILOS O DISPERSIONES COLOIDALES LIÓFILAS : Gran atracción entre la fase dispersa y el medio dispersante. Si el medio de dispersión es agua se denominan HIDRÓFILOS. CLASIFICACIÓN POR AFINIDAD CON EL MEDIO DISPERSANTE Coloides hidrofóbicos no son estables en agua: estabilización por adsorción Chang, R. (2010) Química. 10ª Edición. México: Mcgraw-Hill. (Página 544) Son compuestos orgánicos cuyas moléculas están formadas por dos grupos de propiedades radicalmente opuestas. Uno de los grupos es hidrofílico, caracterizado por ser soluble en agua y otras sustancias polares, mientras que el otro es lipofílico y es soluble en aceites y otras sustancias no polares. Ej.: caseína en la leche, yema de huevo en la mayonesa, jabones y detergentes para remover grasas. Coloides hidrofóbicos no son estables en agua: estabilización por agentes emulsificantes (surfactante o tensioactivo) Bibliografía - Atkins, P. & Jones, L. (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento. 3ª Edición. Madrid: Editorial Médica Panamericana. - Brown, T. L.; Lemay Jr., H. E.; Bursten, B. E. y Murphy, C. J. (2014). Química. La Ciencia Central. Decimosegunda Edición. México: Editorial Pearson Educación. - Chang, R. (2013). Química. Undécima Edición. México: Mcgraw-Hill. - Pettrucci, R. H.; Harwood, W. S. y Herring, F. G. (2003). Química General. Enlace químico y estructura de la materia. Volumen 1 y II. 8ª Edición. Madrid: Pearson Prentice Hall. - Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D. y Bissonette, C. (2011). Química General. Principios y aplicaciones modernas. 10ª ed. Madrid: Prentice Hall. - Whitten, K. W.; Davis, R. E.; Peck, M. L. y Stanley, G. G. (2008). Química. Octava Edición. México: Cengage Learning Editores.
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