Tema 2: Disoluciones
Tipos de disoluciones.
Composici ´on de las disoluciones: formas de expresi ´on.
Diluciones.
Propiedades coligativas.
Presi ´on de vapor.
Presi ´on osm ´otica.
Aumento ebullosc ´opico y descenso criosc ´opico.
Clasificaci ´on de la materia
Materia
¿Puede separarse mediante un proceso f´ısico?
+
Q Q
Q Q
Q Q s
SI NO
Mezcla Sustancia pura
¿Es homog ´enea? ¿Se descompone por un proceso qu´ımico?
A A
A A
A U
A A
A A
A U
SI NO SI NO
Homog ´enea Heterog ´enea Compuesto Elemento
Definiciones
Unasoluci ´on (disoluci ´on) es una mezcla homog ´enea, a nivel molecular, de dos o m ´as sustancias.
Elsolvente (disolvente) es el componente que est ´a en mayor proporci ´on. Determina adem ´as el estado de agregaci ´on de la disoluci ´on.
Lossolutos son, por tanto, los componentes disueltos en el disolvente.
Tipos de disoluciones
Solvente Solutos Ejemplos
S ´olido Aleaciones: Acero (C+Fe), Bronce (Cu+Sn) S ´olido L´ıquido Amalgamas: Au(s)+ Hg(l)
Gas Metal + H2(g) S ´olido ClNa(s) + H2O(l) L´ıquido L´ıquido CH3CH2OH(l)+ H2O(l)
Gas CO2(g) + H2O(l)
S ´olido Naftalina en aire (sublimaci ´on) Gas L´ıquido H2O(l)en aire
Gas O2(g)en N2(g)
Composici ´on de las disoluciones: expresiones de las concentraciones
Porcentaje ( %) en masa, tambi ´en denominado porcentaje.
%masa = masa de soluto
masa de disoluci ´on × 100 [ %]
Molaridad, M, tambi ´en denominada concentraci ´on molar, se suele representar con corchetes, ej. [NaCl].
molaridad = moles de soluto
volumen en litros de disoluci ´on
mol L
Molalidad, m, tambi ´en denominada concentraci ´on molal.
molalidad = moles de soluto masa en kg de disolvente
mol kg
Ejercicio Porcentaje en masa
Ejercicio:Calculad el porcentaje en masa de una disoluci ´on de 5,00 g de NaCl en 45,0 g de H2O.
Soluci ´on:
%masa = masa de soluto
masa de disoluci ´on × 100 [ %]
= 5,00 g
50,0 g × 100 = 10,0 %
Ejercicio Molaridad
Ejercicio:Calculad la Molaridad de una disoluci ´on de 5,00 g de NaCl en H2O en un matraz aforado de 50,0 mL.
Material necesario: vidrio de reloj, balanza, vaso de precipitados y matraz aforado.
Pasos:Pesar la cantidad de soluto, disolverlo en un poco de disolvente, enrasar y homogeneizar.
V ´ease http://www2.uah.es/edejesus/guiones/QB.pdf
Ejercicio Molaridad
Ejercicio:Calculad la Molaridad de una disoluci ´on de 5,00 g de NaCl en H2O en un matraz aforado de 50,0 mL.
Soluci ´on:
Moles de soluto: nNaCl= m
PNaCl = 5,00 g
58, 4 g mol−1 =0,0856 mol molaridad = moles de soluto
volumen en litros de disoluci ´on
= 0,0856 mol
50,0mL ·1000mL
1 L =1,71 M
Ejercicio Molalidad
Ejercicio:Calculad la molalidad de una disoluci ´on de 5,00 g de NaCl en 100,0 g de H2O.
Soluci ´on:
Moles de soluto: nNaCl= m
PNaCl = 5,00 g
58, 4 g mol−1 =0,0856 mol molalidad = moles de soluto
masa en kg de disolvente
= 0,0856 mol
100,0 g ·1000 g
1 kg =0,856 m
Composici ´on de las disoluciones: otras expresiones
Porcentaje ( %) en volumen.
%volumen = volumen de soluto
volumen de disoluci ´on × 100 [ %]
Fracci ´on molar, x , representa el tanto por 1 de moles de soluto.
x = moles de soluto
moles de todos los componentes de la disoluci ´on [No tiene]
Presenta adem ´as los l´ımites 0 ≤ x ≤ 1.
Diluciones
Problema:Preparar una disoluci ´on muy diluida.
Ejemplo:Calculad la masa necesaria para obtener 10,0 mL de disoluci ´on 0,010 M de NaCl en H2O.
nNaCl = MNaCl· Vdisol = 0,010mol
L · 1,00 · 10−2
L = 1,0 · 10 −4mol mNaCl = nNaCl· PNaCl=1,0 · 10−4mol · 58,4 g
mol=5,8 · 10−3g
¡Tenemos que pesar 5,8 mg de NaCl!
Soluci ´on:Obtendremos la disoluci ´on mediante diluci ´on de una disoluci ´on m ´as concentrada.
Diluciones
Cuando se quiere preparar una disoluci ´on muy diluida, ´esta se prepara mediante diluci ´on a partir de otra disoluci ´on m ´as concentrada.
Ejemplo:Preparar 10,0 mL de disoluci ´on 0,010 M de NaCl en H2O a partir de una disoluci ´on 0,100 M (para preparar 1,00 L se necesita pesar 5,84 g de NaCl).
Soluci ´on:Sabemos que el n ´umero de moles se toman de un volumen Vconc de la disoluci´on m´as concentrada. As´ı, se cumple
Vconc · Mconc = Vdil · Mdil
Vconc = Vdil · Mdil
Mconc =10,0 mL · 0,010 M
0,100 M =1,0 mL
Propiedades coligativas
Propiedades Coligativas: Son aquellas propiedades de una disoluci ´on que dependen ´unicamente de la concentraci ´on de
part´ıculas de soluto, y no dependen de la naturaleza o tipo de soluto.
Est ´an estrechamente relacionadas con la presi ´on de vapor a una temperatura dada, que es la presi ´on que ejerce la fase de vapor sobre la fase l´ıquida (s ´olida), cuando el l´ıquido se encuentra en un recipiente cerrado, en equilibrio con la fase l´ıquida (s ´olida).
Presi ´on de vapor
Presi ´on de vapor de una sustancia pura a una temperatura T : Es la presi ´on que ejerce la fase de vapor sobre la fase l´ıquida (s ´olida), cuando el l´ıquido se encuentra en un recipiente cerrado, en equilibrio con la fase l´ıquida (s ´olida).
Sustancia pura(l) Sustancia pura(g)
Presi ´on de vapor de una disoluci ´on a una temperatura T : Es la presi ´on que ejerce la fase de vaporformada por los componentes vol ´atiles de la disoluci ´on sobre la fase l´ıquida (s ´olida), cuando el l´ıquido se encuentra en un recipiente cerrado, en equilibrio con la fase l´ıquida (s ´olida).
Ley de Raoult
El qu´ımico Franc ´es Franc¸ois-Marie Raoult estudi ´o hacia 1887 la variaci ´on de la presi ´on de vapor de los componentes de una mezcla con la composici ´on, estableciendo la denominadaLey de Raoult:
PD =xDPDo
Denominaremosdisoluci ´on ideala las disoluciones que cumplen la ley de Raoult.
Ley de Raoult
Presi ´on de vapor de una disoluci ´on de cloroformo (CHCl3) y acetona (CH3COCH3)
Ley de Raoult: La presi ´on parcial ejercida por el vapor del disolvente en disoluciones diluidas, PD, es el producto de la fracci ´on molar del disolven- te en la disoluci ´on, xD, y la presi ´on de vapor del disolven- te puro, PDo, a la temperatura del sistema.
Ley de Raoult: Ejemplo
Ejemplo: Obtened la presi ´on de vapor de una disoluci ´on
(consider ´andola ideal) de cloroformo y acetona, sabiendo que la fracci ´on molar del cloroformo es xc =0,900 y que las presiones de vapor del cloroformo y de la acetona puros son: Pco=293 torr y Pao=347 torr.
Pc = xcPco=0,900 × 293 torr = 264 torr Pa = xaPao=0,100 × 347 torr = 34,7 torr Ptotal = Pc+Pa= (264 + 34,7) torr = 299 torr
Nota: Factores de conversi ´on:
1 atm = 760 torr = 760 mmHg = 101,330 Pa
Osmosis ´
El fen ´omeno deosmosis´ es el paso de un disolvente puro a una disoluci ´on que est ´a separada por una membrana semipermeable, que deja pasar el disolvente pero no el soluto.
Presi ´on Osm ´otica
El fen ´omeno deosmosis´ es el paso de un disolvente puro a una disoluci ´on que est ´a separada por una membrana semipermeable, que deja pasar el disolvente pero no el soluto.
Lapresi ´on osm ´otica, π, es la presi ´on que se debe aplicar a la disoluci ´on para detener la difusi ´on del disolvente.
Como es unapropiedad coligativa, depender ´a unicamente de la concentraci ´on de mol ´eculas de soluto, pero no de su naturaleza.
Se puede obtener mediante una ecuaci ´on formalmente an ´aloga a la ecuaci ´on de los gases ideales:
πV = nRT −→ π = MRT
donde n es el n ´umero de moles de soluto disueltos, V el volumen de la disoluci ´on, R la constante de los gases ideales y M = n/V la concentraci ´on molar del soluto.
Presi ´on Osm ´otica Celular
Im ´agenes obtenidas de:
Presi ´on Osm ´otica: Ejemplo
Ejemplo:Suponiendo que la presi ´on osm ´otica de la sangre a 37◦C es 7,65 atm ¿qu ´e cantidad, en gramos, de glucosa (C6H12O6) por litro debe utilizarse para una inyecci ´on intravenosa que ha de ser isot ´onica con la sangre?.
Soluci ´on:Sabemos que la relaci ´on de la presi ´on osm ´otica, π, con la concentraci ´on molar, M, es π = MRT . Despejando la molaridad:
M = π
RT = 7,65atm 0,0820atm L
K mol
1
(37 + 273)K =0,301mol L
= 0,301mol
L ·180 g
mol =54g L
Descenso criosc ´opico y aumento ebullosc ´opico
Descenso criosc ´opico:
TfM − TfD = −KfDm, donde KfD es la constante
criosc ´opica del Disolvente y m la molalidad.
Aumento ebullosc ´opico:
TeM − TeD =KeDmdonde KeD es la constante
ebullosc ´opica del Disolvente.
Unidades de KfDy KeD:
◦C · m−1=K · m−1
Descenso criosc ´opico y aumento ebullosc ´opico:
Ejemplo
Ejemplo:Sabiendo que la constante criosc ´opica del H2O es:
KfH2O =1,86◦C m−1, calculad la temperatura a la que congela una disoluci ´on de 50 g de sal (NaCl) en 1000 g de H2O, a una presi ´on de 1,00 atm, considerando un comportamiento ideal.
Soluci ´on:Como la sal se disocia cuando se disuelve seg ´un la
reacci ´onNaCl(s) −→ NaH2O +(ac)+Cl−(ac), por cada mol de NaCl se forman 2 molesde iones disueltos:
∆Tf = TfM− TfD= −KfDm
= −1,86◦Cm−1· 50
g
1,00 kg· 1mol
68,4g·2((mol soluto(((
1((mol NaCl((( = −2,7◦C TfM = TfD+ ∆Tf =0,00◦C − 2,7◦C = −2,7◦C