Propiedades de las disoluciones

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1 Tema 1: Disoluciones Propiedades de las disoluciones Factor de van t Hoff (i) El factor de van t Hoff (i) indica la medida del grado de disociación o de ionización de un soluto en agua. El factor de van t Hoff es 1 para la disoluciones no electrolíticas y mayor que 1 para las electrolíticas. Factor de van t Hoff (i) Los valores de i medidosexperimentalmente y los calculados son diferentes, debido a la formación de pares iónicos en disoluciones de esa concentración. Un par iónico está formado por uno o más cationes y uno o más aniones unidos mediante fuerzas electrostáticas. Factor de van t Hoff (i) de algunas sustancias Electrolito i (medido) i (calculado) Azúcar 1,0 1,0 HCl 1,9 2,0 NaCl 1,9 2,0 MgSO 4 1,3 2,0 FeCl 3 3,4 4,0 Page 1

2 Propiedades de las Disoluciones Las propiedades coligativas : Propiedades constitutivas: propiedades físicas que dependen de la cantidad de partículas de soluto en disolución y de la naturaleza de las sustancias. Ej: densidad, solubilidad, viscosidad entre otros. Estas propiedades dependen del número de partículas de soluto presente (en disolución) independientemente de que sean átomos, iones o moléculas. Propiedades coligativas: propiedades físicas que sólo dependen del número de partículas de soluto en la disolución y NO de la naturaleza de las partículas. SOLO se aplican a disoluciones con concentraciones menores de 0,02 mol/litro En este curso, las propiedades coligativas las aplicaremos a solutos NO VOLATILES. Las propiedades coligativas son: 1. Disminución de la presión de vapor. 2. Elevación de la temperatura de ebullición. 3. Disminución de la temperatura de congelación. 4. Presión osmótica. Presión de Vapor de una Sustancia Es la Presión ejercida por el gas de dicha sustancia cuando está en equilibrio con la fase líquida o sólida. Cuanto mayor es la presión de vapor de la sustancia, las fuerzas de atracción son más débiles y la sustancia es más volátil. Page 2

3 Propiedades Coligativas Preparado por V.Chan/Esc.Química/ITCR 9 Propiedades Coligativas Preparado por V.Chan/Esc.Química/ITCR 10 Según la ley de Raoult, la presión de vapor de una disolución (P A ) está dada por: P A = X A P A 0 donde: X A = la fracci ón molar del disolvente, P 0 A = la presi ón de vapor de A puro P A = la presi ón de vapor del disolvente sobre la. disoluci ón. La X A se puede expresar: X A = 1 - X B en donde X B es lafracción molar del soluto P A = ( 1 - X B ) P 0 A Reordenando esta ecuación: P A o - P A = X B P A 0 DP = X B P A 0 (1) La ecuación 1 nos demuestra que el descenso de la presión de vapor depende de la cantidad de soluto y no depende de la naturaleza del soluto ni del disolvente. Page 3

4 2. Elevación de la temperatura de ebullición (DTeb) La temperatura de ebullición de una disolución es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión externa. Temperatura normal de ebullición es cuando la presión externa es 1 atm. 2. Elevación de la temperatura de ebullición (DTeb) La adición de un soluto no volátil a un disolvente puro provoca un descenso en la presión de vapor. Por lo tanto, se requiere que la disolución alcance una temperatura mayor para que la presión de vapor iguale a la presión externa. En resumen: La adición de solutos no volátiles, produce una elevación de la temperatura de ebullición debido a la disminución en la presión de vapor T eb α i m T eb = i k eb m T eb = i k eb m Donde: T eb : es el aumento de la temperatura de ebullición de la disolución. T eb = T eb disolución - T eb disolvente puro k eb : constante ebulliscópica o constante de la elevación de la temperatura de ebullición ( C / m). Se aplica sólo al disolvente. i : factor de van t Hoff m : *molalidad de la disolución (mol soluto/kg disolvente) Page 4

5 Diagrama de fases Disolvente puro K eb para diferentes disolventes a 1 atm 1 atm Disolvente Agua Etanol Benceno Eter etílico Temperatura de ebullición ( C) ,5 80,1 34,6 K eb ( C kg disolvente /mol soluto ) 0,51 1,22 2,53 2,02 Presión Sólido T C Líquido Gas P= X B P A 0 T eb Cloroformo 61,7 3,63 T c T c Temperatura T eb T eb *Se utiliza como unidad de concentración la molalidad, debido que esta unidad no depende de la temperatura del sistema Temperatura de congelación Temperatura de congelación: temperatura a la cual el líquido y el sólido igualan sus presiones de vapor (cuando un líquido pasa al estado sólido). Cuando la presión de externa es 1 atm se habla de temperatura normal de congelación. 3.Disminución de la temperatura de congelación DTc La congelación implica la transición de un estado desordenado a uno ordenado, para realizar ésto, el sistema debe liberar energía. Al tener la disolución mayor desorden que el disolvente, es necesario que libere más energía para generar orden que en el caso de un disolvente puro; por consiguiente la disolución tiene menor temperatura de congelación que el disolvente. Page 5

6 La disminución en la presión de vapor debido a la adición de un soluto no volátil provoca una disminución en la temperatura de congelación. T c α i m T c = i k c m Donde: Tc = - ik c m Tc: es la disminución de la temperatura de congelación de la disolución. Tc = Tc disolución - Tc disolvente puro k c = constante de la disminución de la temperatura de congelación de la disolución ( C / m). Se aplica sólo al disolvente. i : factor de van t Hoff m : *molalidad de la disolución (mol soluto/kg disolvente) K c para diferentes disolventes a 1 atm Disolvente Agua Etanol Benceno Ciclohexano Cloroformo Temperatura de congelación ( C) 0,0-117,3 5,5 6,5-63,7 K c ( C kg disolvente /mol soluto ) 1,86 1,99 4,9 20 4,68 *Se utiliza como unidad de concentración la molalidad, debido que esta unidad no depende de la temperatura del sistema K eb y K c para diferentes disolventes a 1 atm Disolvente Agua Etanol Benceno Eter etílico Cloroformo Temperatur a de ebullición ( C) ,5 80,1 34,6 61,7 K eb ( C kg disolvente /mol solut o ) 0,51 1,22 2,53 2,02 3,63 Temperat ura de congelaci ón ( C) 0,0-117,3 5,5 6,5-63,7 K c ( C kg disolvente /mol soluto ) 1,86 1,99 4,9 20 4,68 Page 6

7 Propiedades coligativas Disminución de la temperatura de congelación Tc 1 atm Presión Disolvente puro Líquido Sólido P= x B P 0 A Tcong Gas Osmosis Es el movimiento de las partículas del disolvente a través de una membrana semipermeable hacia una disolución más concentrada. La membrana permeable permite el paso de moléculas del disolvente pero no las del soluto. Tc Tc Temperatura Proceso de ósmosis Partículas de disolvente Partículas de soluto Disoluciones isotónicas: se da cuando dos disoluciones tienen igual concentración y por lo tanto la misma presión osmótica. Disoluciones hipertónicas e hipotónicas: cuando se tienen dos disoluciones con diferentes concentraciones; la disolución de mayor concentración es la hipertónica y la más diluida es la hipotónica. isotónica hipotónica hipertónica Page 7

8 4.Presi ón osm ótica p La presión osmótica (π) de una disolución, es la presión que se requiere para detener el proceso de ósmosis. π = i MTR Se emplea la unidad de concentración molaridad (M) ya que las mediciones de?π se llevan a cabo a temperatura constante. π = i MTR en donde : i : factor de van t Hoff M : molaridadde la disolución. R: constante de los gases (0,082 l atm/ K mol) T: Temperatura absoluta (en Kelvin) La presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de la disolución ya que depende del número de partículas de soluto disueltas en la disolución. Tomado del Chang,R. Química. 7ma edición, Cap.12 Algunas aplicaciones: diluido Membrana Semipermeable más concentrado Presión osmótica Determinación de la masa molar de un soluto. Transporte ascendente del agua en las plantas. Conservación de alimentos por adición de grandes cantidades de azúcar o de sal. Desalinización del agua de mar por ósmosis inversa. Presión osmótica (p) es la presión requerida para detener la ósmosis Page 8