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Tema 2: Disoluciones

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Academic year: 2022

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(1)

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.

(2)

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

(3)

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.

(4)

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)

(5)

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



(6)

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 %

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

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.

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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.

(12)

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

(13)

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).

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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).

(15)

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.

(16)

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.

(17)

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

(18)

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.

(19)

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.

(20)

Presi ´on Osm ´otica Celular

Im ´agenes obtenidas de:

(21)

Presi ´on Osm ´otica: Ejemplo

Ejemplo:Suponiendo que la presi ´on osm ´otica de la sangre a 37C 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

(22)

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

(23)

Descenso criosc ´opico y aumento ebullosc ´opico:

Ejemplo

Ejemplo:Sabiendo que la constante criosc ´opica del H2O es:

KfH2O =1,86C 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

= −1,86Cm−1· 50

 g

1,00 kg· 1mol

68,4g·2((mol soluto(((

1((mol NaCl((( = −2,7C TfM = TfD+ ∆Tf =0,00C − 2,7C = −2,7C

Referencias

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