TEMA 10.- DISOLUCIONES. Tema 10.- Disoluciones

Transcripción

1 TEMA 10.- DISOLUCIONES. 1. Introduccón. 2. Formas de expresar la concentracón. 3. El proceso de dsolucón. 4. Solubldad. 5. La ley de reparto. 6. Ley de Raoult. 7. Dagramas de punto de ebullcón. 8. Destlacón. 9. Dagramas de punto de congelacón. 10. Propedades colgatvas. 1

2 1.- INTRODUCCIÓN. Dsolucón: mezcla homogénea de dos o más sustancas. Clasfcacón de las dsolucones Dependendo de la naturaleza de la fase: Sólda Líquda Gaseosa 2

3 1.- INTRODUCCIÓN. Dependendo del número de componentes: Bnara, Ternara, Cuaternara,. Dsolvente: componente que está presente en la mayor cantdad y que determna el estado de la matera en la que exste una dsolucón. Soluto: el resto de los componentes. Colodes: Dspersón de partículas pequeñas Sol: sóldo en un líqudo Emulsón: líqudo en líqudo Humo: sóldo en gas Aerosol, Nebla: líqudo en gas Gel: fase dspersa, estructura semrígda Tpo de dsolucón Ejemplo Dsolucones gaseosas G-G Are seco L-G Are húmedo S-G Helo seco en N 2 Dsolucones líqudas G-L Agua carbónca L-L Alcohol en agua S-L Agua azucarada Dsolucones sóldas G-S H 2 en palado L-S Hg en Au S-S Latón (Cu y Zn) Dsolucones sóldas: Susttuconal Interstcal La descrpcón de una dsolucón mplca conocer sus componentes y sus cantdades relatvas concentracón. 3

4 2.- FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN. Fraccón molar (x) Molaldad (m) x = n n Tot Representa el tanto por uno en moles de Admensonal 0 x 1; x = 1 m = n kg dsolvente Undades: mol kg -1 (molal,m) Molardad (M) M = n L dsolucón Undades: mol L -1 (molar,m) Ventaja: Facldad para medr V 4

5 2.- FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN. Normaldad (M) N = equvalentes () L dsolucón equvalentes () = n valenca Undades: equv L -1 (normal,n) Depende de la reaccón Protones transferdos en rcc. ácdo-base Electrones transferdos en rcc. redox Porcentaje en peso (% w/w) masa soluto % peso = 100 masa dsolucón Partes por mllón (ppm) ppm = masa soluto masa dsolucón

6 3.- EL PROCESO DE DISOLUCIÓN. Solubldad El proceso de dsolucón depende del balance entre tres tpos de nteraccones: - Dsolvente / dsolvente - Soluto / soluto - Dsolvente / soluto Semejante dsuelve a semejante (mscbldad) Tetracloruro de carbono / benceno (fuerzas de dspersón) Alcoholes / agua (enlaces de hdrógeno) Sales / agua (nteraccones ón dpolo) Chang, R. Químca, McGraw-Hll, Méxco 1998 G = H T S 6

7 4.- SOLUBILIDAD. SATURACIÓN Y SOLUBILIDAD Dsolucón saturada soluto dsuelto y sn dsolver en equlbro dnámco Solubldad, S concentracón de una sustanca en su dsolucón saturada. Chang, R. Químca, McGraw-Hll, Méxco 1998 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SOLUBILIDAD - Naturaleza del dsolvente - Temperatura Dsolvente + Soluto Dsolucón H dsolucón Para H dsolucón > 0; s T S Para H dsolucón < 0; s T S Solubldad de gases (Contamnacón térmca) 7

8 4.- SOLUBILIDAD. Efecto de la presón en la solubldad de gases Ley de Henry S = k P General Chemstry: Prncples and Moderns Applcatons R.H. Petrucc Teoría cnétca y ley de Henry 5.- LEY DE REPARTO. Extraccón k D = C B /C A = S B /S A = (m B /V B )/(m A /V A ) k D = Coefcente de reparto m B = masa de soluto en B m A = masa de soluto en A 8

9 6.- LEY DE RAOULT. CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL Estudo de los gases: Fácl gracas al modelo del gas deal. Modelo sencllo para predecr su comportamento. Referente para el estudo de gases reales. 1) Descrpcón fenomenológca: PV = nrt 2) Descrpcón molecular: Moléculas puntuales (V desprecable). No exsten nteraccones ntermoleculares entre ellas. No podríamos dsponer de un modelo análogo para dsolucones? 9

10 6.- LEY DE RAOULT. Dsolucón Ideal 1) Descrpcón molecular Dsolucón en la cual las moléculas de las dstntas especes son tan semejantes unas a otras que las moléculas de uno de los componentes pueden susttur a las del otro sn que se produzca una varacón de la estructura espacal de la dsolucón n de la energía de las nteraccones ntermoleculares presentes en la msma. 2) Descrpcón fenomenológca Ley de Raoult P = x L P 0 Presón de vapor del líqudo puro Presón parcal de en el vapor en equlbro con la dsolucón Fraccón molar de en la dsolucón líquda 10

11 6.- LEY DE RAOULT. S componentes volátles DISOLUCIONES IDEALES. Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd 1989 Dsolucones deales: LÍQUIDO: Ley de Raoult P = P0 χ VAPOR: Ley de Dalton P = ΣP = Σχ P0 En dsolucones de un solo soluto: P1 = (1-χ χ2)p10 P10 P1 = χ2 P10 Dsmnucón de presón de vapor = P = χ2 P10 PROPIEDAD COLIGATIVA Las moléculas de dsolvente tenen menor tendenca a abandonar la dsolucón que el dsolvente puro (menos cambo en el desorden) 11

12 6.- LEY DE RAOULT. DESVIACIONES DE LA LEY DE RAOULT. DISOLUCIONES NO IDEALES. Dsolucones de dos componentes volátles, A y B: Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd 1989 A) nteraccones A-B < nteraccones A-A ó B-B Desvacón postva de la ley de Raoult DISOLUCIÓN DILUIDA IDEAL El dsolvente obedece la ley de Raoult: χ 1 P = x L P 0 El soluto obedece la ley de Henry: χ 0 P = k x L H M > 0 V M > 0 12

13 6.- LEY DE RAOULT. B) nteraccones A-B > nteraccones A-A ó B-B Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd 1989 Desvacón negatva de la ley de Raoult DISOLUCIÓN DILUIDA IDEAL El dsolvente obedece la ley de Raoult: χ 1 P = x L P 0 El soluto obedece la ley de Henry: χ 0 P = k x L H M < 0 V M < 0 13

14 7.- DIAGRAMAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN. a) Dagramas presón composcón χ = fraccón molar en el líqudo y = fraccón molar en el vapor Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd 1989 Según la ley de Raoult P 1 = χ 1 P 1 0 P 2 = χ 2 P 2 0 P = P 1 + P 2 = P χ 1 (P 1 0 P 2 0 ) Según Dalton P = y P y 1 = P 1 /P = χ 1 P 1 0 /[P χ 1 (P 1 0 P 2 0 )] P = P 1 0 P 2 0 /[ P y 1 (P 2 0 P 1 0 )] y 1 14

15 7.- DIAGRAMAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN. b) Dagramas temperatura - composcón Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd

16 8.- DESTILACIÓN. Destlacón smple Como el vapor es más rco en el componente más volátl que el líqudo orgnal es posble separar los 2 componentes de una dsolucón deal por destlacones sucesvas. Destlacón fracconada Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd 1989 General Chemstry: Prncples and Moderns Applcatons R.H. Petrucc 16

17 7.- DIAGRAMAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN. Aceótropos Imágenes tomadas de: Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd

18 9.- DIAGRAMAS DE PUNTO DE CONGELACIÓN. Dagramas de punto de congelacón: eutéctcos Equlbro sóldo líqudo (sstemas eutéctcos smples) Imágenes tomadas de: Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd

19 10.- PROPIEDADES COLIGATIVAS. La formacón de una dsolucón tene consecuencas sobre una sere de propedades: propedades colgatvas. Propedades que dependen úncamente de la cantdad (concentracón) de soluto añadda (moles o moléculas de soluto), pero no de su naturaleza. 1. Dsmnucón de la presón de vapor 2. Aumento de la temperatura de ebullcón 3. Descenso de la temperatura de fusón/congelacón 4. Presón osmótca Estudaremos dsolucones dludas deales (no electrolítcas) formadas por un dsolvente volátl (1) y un soluto no volátl (2). 19

20 10.- PROPIEDADES COLIGATIVAS. 1. Dsmnucón de la presón de vapor: P = χ 2 P Aumento de la temperatura de ebullcón (Ebulloscopía) Punto de ebullcón = T b = Temperatura donde P vapor = P extern Susttuyendo en (*) k = [P 10 P 1 (1) ]/ T b (1) = [P 10 P 1 (2) ]/ T b (2) T b = (P 10 /k) χ 2 = k χ 2 k = R(T b0 ) 2 / H v ( H v = calor molar de vaporzacón) Para dsolucones dludas, n 2 <n 1 χ 2 n 2 /n 1 = n 2 M 1 /w 1 Ander, P.; Sonnessa, A.J. "Prncpos De Químca", Lmusa, Méxco (*) AD/AB = AE/AC = k (trángulos equvalentes) AB = T b (1) y AD = P 0 P (1) AC = T b (2) y AE = P 0 P (2) m 2 = 1000n 2 /w 1 χ 2 =m 2 M 1 /1000 T b = k b m 2 T b = k b 1000w 2 /w 1 M 2 20

21 10.- PROPIEDADES COLIGATIVAS. 3.- Dsmnucón del punto de congelacón (croscopía) T f = T f0 T f = k f m T f = k f 1000w 2 /w 1 M 2 Constante croscópca Propedad del dsolvente (no depende del soluto) Undades: K kg mol -1 General Chemstry: Prncples and Moderns Applcatons R.H. Petrucc 21

22 10.- PROPIEDADES COLIGATIVAS. 4.- Ósmoss y presón osmótca Paso selectvo de moléculas de dsolvente a través de una membrana sempermeable desde una dsolucón dluda haca una de mayor concentracón Presón osmótca = π = M R T M = molardad de la dsolucón Dsolucones sotóncas, hper e hpotóncas Ósmoss nversa Imágenes tomadas de: Daz-Peña, M. y Rog-Muntaner, A. "Químca Físca", Alhambra, Madrd