Tema 6. Disoluciones

Transcripción

1 Tema6 Disoluciones

2 Tiposdemezclas Mezclashomogéneas(disoluciones).Enunadisolución,elsoluto(elsólodolíquido ogasquesedisuelve)sedispersaenpequeñaspartículaseneldisolvente (generalmenteunlíquido),dandolugaraunamezclahomogénea(sisetoman muestrascadavezmáspequeñas,sucomposiciónpermanececonstantehastaescalas moleculares) Mezclasheterogéneasogroseras(suspensiones).Laspartículassongrandesya vecespuedenobervarseinclusoasimplevista Mezclascoloidales.Eltamañodepartículaesintermedioentreunadisoluciónyuna suspensión.laspartículassonlosuficientementegrandesparaqueaunqueno visiblesdispersenlaluz.perosonsufientementepequeñasparaquenosedepositen confacilidad.algunassustanciastienenmoléculastangrandesqueforman necesariamentecoloides(coloidesmoleculares)

3 Definición Disolución:mezclahomogéneadedosomás sustanciasenunaúnicafase Unodeloscomponenteseseldisolventeylos otroselsoluto Disolvente:componentequeestápresenteen mayorcantidadoquedeterminaelestadode lamateriaenqueexisteladisolución Solutos:losrestantescomponentes

4 Clasificacióndelasdisoluciones Dependiendodelanaturalezadelafase: Sólida Líquida Dependiendodelnúmerodecomponentes: Binaria Ternaria Cuaternaria... Gaseosa

5 Clasificacióndelasdisolucioneslíquidas Dependiendodeldisolvente Acuosas Noacuosas Dependiendodelestadodelsoluto: Solutosólido Dependiendodela naturaleza delsoluto: Solutolíquido Electrolíticas Noelectrolíticas Solutogaseoso Elsolutosedisociaeniones,p.ej.sal conducenlacorrienteeléctrica Elsolutonosedisociaeniones,p.ej.azúcar Noconducenlacorrienteeléctrica

6 Tiposdedisluciones Disoluciones gaseosas Disoluciones líquidas Disoluciones sólidas Soluto Disolvente Ejemplos Gas Gas Aire (mezcla de gases) Líquido Gas Con gotas presentes es un sistema coloidal Sólido Gas Con partículas presentes es un sistema coloidal Gas Líquido Gaseosa, ácido clorhídrico, amoníaco en agua Líquido Líquido Alcohol en agua, gasolina Sólido Líquido Sal en agua Gas Sólido Aleación de hidrógeno en paladio Líquido Sólido Benceno en caucho Sólido Sólido Aleaciones metálicas

7 Ladescripcióndeunadisoluciónimplicaconocersus componentesysuscantidadesrelativas concentración. Formasdeexpresarlaconcentración Fracciónmolar(x) xi= ni ntot = ni ni i Representaeltantoporunoenmolesdei Adimensional x i =1 0 xi i Molalidad(m) mi = ni kg disolvente Unidades:mol kg 1(molal,m) Ventaja:NovaríaconT

8 Molaridad(M) M i= ni L disolución Unidades:mol L 1(molar,M) Desventaja:VaríaconT Ventaja:FacilidadparamedirV Normalidad(N) N i= equivalentesi L disolución Unidades:equiv L 1(normal,N) Desventaja:dependedelareacción Usonorecomendado equivalentes(i)=ni valencia Protonestransferidosenreaccionesácido base Electronestransferidosenreaccionesredox Porcentajeenpeso(%p/p) masasoluto % peso 100 masadisolución Partespormillón(ppm) masa soluto 6 ppm= 10 masa disolución

9 Solubilidad Solubilidad:máximacantidaddeunmaterialquesedisolveráenuna cantidaddadadedisolvente,aunatemperaturadada,paraproduciruna disoluciónestable Unadisoluciónessaturadacuandosehadisueltodeformaestablela máximacantidaddesolutoeneldisolvente.laconcentracióndelsolutoen esemomentoesigualalasolubilidaddelsoluto Unadisoluciónesnosaturadacuandolacantidaddesolutoesmenorque lamáxima Unadisoluciónessobresaturadacuandolacantidaddesolutoesmayor quelamáxima

10 Procesodedisolución + Elsolutoydisolventesealejanhastaladistancia mediaquetendránenladisolución.paraello debenvencerlasatraccionessoluto solutoy disolvente disolvente Solutoydisolventesemezclanconloquese estableceninteraccionessoluto disolventeque estabilizanladisolución Eneldiagramaelprocesoesexotérmicoaunque, enmuchoscasos,ladisoluciónesunproceso endotérmico Disolvente + soluto expandidos + Disolvente + soluto Hdisolución Disolución

11 CONCEPTODEDISOLUCIÓNIDEAL. LEYDERAOULT. Estudiodelosgases:Fácilgraciasalmodelodelgasideal. Modelosencilloparapredecirsucomportamiento. Referenteparaelestudiodegasesreales. 1) Descripciónfenomenológica:PV=nRT 2) Descripciónmolecular: Moléculaspuntuales(Vdespreciable). Noexisteninteraccionesintermolecularesentreellas. Nopodríamosdisponerdeunmodeloanálogoparadisoluciones? Sí!

12 MODELODELADISOLUCIÓNIDEAL 1) Descripciónmolecular Disoluciónenlacuallasmoléculasdelasdistintasespeciessontan semejantesunasaotrasquelasmoléculasdeunodeloscomponentes puedensustituiralasdelotrosinqueseproduzcaunavariacióndela estructuraespacialdeladisoluciónnidelaenergíadelasinteracciones intermolecularespresentesenlamisma. 2) Descripciónfenomenológica LeydeRaoult Presiónparcialdeienelvapor enequilibrioconladisolución Pi x il Pi* Fracciónmolar deienla disoluciónlíquida Presióndevapor dellíquidoipuro FrançoisMarieRaoult ( )

13 MAGNITUDESTERMODINÁMICASDEMEZCLA. Magnituddemezcla:Diferenciaentreelvalordelamagnitud enladisoluciónyladeloscomponentespuros. Compuestospuros Disolución YM=Ydisoluc Y* Enelcasodeunadisoluciónideal(TyPctes) VM=0 nohaycambiodevolumenalformarseladisolución, puesnocambialaestructuraespacial. UM=0 puesnocambialaenergíadelasinteraccionesalformarse. HM=0 nohaycalordemezclaapcte;niabsorbenidesprendeq. SM>0 aumentaeldesorden. GM<0 formacióndeladisolución:espontánea.

14 DISOLUCIONESBINARIASIDEALES. DIAGRAMASP xyt x. V (1+2) Disoluciónidealdeloscomponentes1y2 (ambosvolátiles) EquilibrioL V L (1+2) Disolución ideal Leyde Raoult P1 x1l P1* P2 x L2 P2* Enelvapor,deacuerdoconlaleydeDalton,secumplirá: PTOT P1 P2 ; P1 x1v PTOT ; P2 x V2 PTOT Conestasexpresionespuedoconocerlacomposicióndelvapor sabiendoladellíquido(ambasnotienenporquéseriguales).

15 DiagramaP x(atcte,disoluciónideal) P 1= x 1L P 10 Recta;pendiente=P10,o.o.=0 Si,p.ej.,P10>P20 P 2=x 2L P 02 = 1 x 1L P 02 P Recta;pendiente= P20,o.o.=P20 PTOT P tot =P 01 x 1L P 02 x 1L P 02 0 L 0 0 P tot =P 2 x 1 P 1 P 2 P1 P20 Recta;pendiente=P10 P20;o.o.=P20 P2 Pega :nonosinformade lacomposicióndel vapor(x1v). P10 0 x1l 1

16 v i x= [ P1 PT P T 1 = x 1L P 01 0 PT P P x P P T = P 1 P 2 V 1 ] x V1 P T 0 P1 0 PT = =P 02 0 P 2 0 P1 P 2 P 01 P 10 P 02 x V1 P PTOT CurvadePfrenteala composicióndelvapor(x1v) P1 0 P20 0 x1v 1

17 Sirepresentamosambasenelmismodiagrama P Líquido P 1* L+V DiagramadefasesP x (T=cte) P 2* Vapor 0 P B A:disoluciónlíquida B:empiezaaproducirsevapor C:líquido+vaporenequilibrio D:Seevaporalaúltimagotadelíquido E:Todovapor C D E 0 x1l 1 DisminuimosPaTctedesdeAhastaE A x1l x1 x1v x1v 1 x1

18 P DisminuimosPaTctedesdeAhastaE A B A:disoluciónlíquida B:empiezaaproducirsevapor C:líquido+vaporenequilibrio D:Seevaporalaúltimagotadelíquido E:Todovapor C D E 0 x1l x1l x1v x1v 1 x1

19 DiagramaT x(apcte) Representamoslatemperaturadeebullicióndeladisolución enfuncióndelafracciónmolar.

20 Aplicación:Destilación Destilaciónsimple Comoelvaporesmásricoenel componentemásvolátilqueel líquidooriginalesposibleseparar los2componentesdeunadisolución idealpordestilacionessucesivas.

21 Destilaciónfraccionada Seconstruyeunacolumnadedestilacióndondeseproducenungran númerodecondensacionesyrevaporizacionessucesivas. Destilado (vaporcondensado, ricoencomponente másvolátil) Residuo (líquidoresidual, ricoencomponente menosvolátil)

22 DISOLUCIONESDILUIDASIDEALES. LEYDEHENRY. Muchasdisolucionessedesvíanbastantedelmodelodedisoluciónideal. Porelloresultaútildefinirotromodelo: MODELODELADISOLUCIÓNDILUIDAIDEAL Descripciónmolecular: Disoluciónenlacuallasmoléculasdesolutoprácticamentesólointeraccionan conmoléculasdedisolvente. EsellímitecuandoxL(disolvente) 1yxL(solutos) 0 (Sóloaplicableadisolucionesnoelectrolíticas)

23 2) Descripciónfenomenológica EldisolventeobedecelaleydeRaoult: ElsolutoobedecelaleydeHenry: Pi x il Pi* Pi k i x il ConstantedelaleydeHenry (unidadesdep) Encondicionesdediluciónsuficientementeelevada, todaslasdisolucionesnoelectrolíticaspasanaser disolucionesdiluidasideales. 1803:Estudiodelasolubilidaddegasesenlíquidosadistintas presiones:observóqueunaumentodelapresiónparcial favorecíalasolubilidaddelgas WilliamHenry ( )

24 DiagramasP x Acetona+cloroformo

25 DiagramasP x Acetona+cloroformo Desviacionesnegativas delaleyderaoult Ocurrecuandolasinteracciones A Bsonmayores quelasa AyB B HM<0 VM<0

26 DiagramasP x Acetona+CS2 Desviacionespositivas delaleyderaoult Ocurrecuandolasinteracciones A Bsonmenores quelasa AyB B HM>0 VM>0

27 PROPIEDADESCOLIGATIVAS. Laformacióndeunadisolucióntieneconsecuenciassobre unaseriedepropiedades:propiedadescoligativas. Propiedadesquedependenúnicamentedelacantidad (concentración)desolutoañadida(molesomoléculas desoluto),peronodesunaturaleza(dequésolutosea). 1) 2) 3) 4) Disminucióndelapresióndevapor Aumentodelatemperaturadeebullición Descensodelatemperaturadefusión/congelación Presiónosmótica Estudiaremosdisolucionesdiluidasideales(noelectrolíticas) formadasporundisolventevolátil(1)yunsolutonovolátil(2).

28 Disminucióndelapresióndevapor Comoelsolutoesnovolátil,lapresióndelvapordeladisolución(P) corresponderáalapresióndevapordeldisolvente(p1). P P1 x1l P1* (pueseldisolventeobedecelaleyderaoult) Como x 1 P P L 1 * 1 Lapresióndevapordeladisolución esmenorqueladeldisolventepuro. Cuántodisminuyelapresióndevaporalformarseladisolución? P P1* P1 P1* x1l P1* P1* (1 x1l ) P1* x L2 Aplicación:determinacióndepesosmoleculares.

29 Aumentoebulloscópico Consecuenciadela disminucióndelapresióndevapor latemperaturadeebullición deladisoluciónesmayor queladeldisolventepuro. Cuánto? Teb=Teb Teb*=keb m Constante ebulloscópica Propiedaddeldisolvente(nodependedelsoluto) Unidades:K kg mol 1 Aplicación:determinacióndepesosmoleculares ebulloscopía.

30 Descensocrioscópico. Laadicióndelsoluto provocaundescenso delpuntodefusión. Tf=Tf* Tf=kf m Constante crioscópica Propiedaddeldisolvente(nodependedelsoluto) Unidades:K kg mol 1

31 Constantescrioscópicasyebulloscópicas Disolvente Pto.fusión(ºC) kf(k kg mol 1) Acetona Benceno Alcanfor CCl4 Ciclohexano Naftaleno Fenol Agua 95,35 5,5 179,8 23 6,5 80, ,40 5,12 39,7 29,8 20,1 6,94 7,27 1,86 Pto.ebull.(ºC) keb/(k kg mol 1) 56,2 80, ,5 80,7 212, ,71 2,53 5,61 4,95 2,79 5,80 3,04 0,51 kf>keb Eldescensocrioscópicoesmásacusadoqueelaumentoebulloscópico Aplicaciones Determinacióndepesosmoleculares crioscopía Anticongelantes,añadirsalalascarreteras,...

32 Presiónosmótica a) Disoluciónydisolvente.LaPvenelvasodedisolventees mayor.eldisolventeseevaporadelsegundovasoycondensaen elprimero b) Disoluciónconcentradaydisolucióndiluída.LaPvenla dislucióndiluídaesmayorqueenlaconcentrada.eldisolventese evaporadeladiluídaycondensaenlaconcentradahastaquelas concentracionesseigualenmomentoenelquelapvesigualen ambas. c) Unamembranasemipermeable(solodejapasareldisolvente) separaladisoluciónconcentradadeldisolvente.seconsigueel mismoefectoqueena)yb).eldisolventeatraviesalamembrana hastaquelapresiónhidrostáticacompenseladiferenciadepv

33 Presiónosmótica. Membranasemipermeable: Permitequepequeñas moléculaspasenasutravés, perolasgrandesno. Ósmosis:Flujodedisolventeatravésdeunamembrana semipermeablehaciaelsenodeunadisoluciónmásconcentrada. Lapresiónnecesariaparadetenerelflujo:Presiónosmótica( )

34 Presiónosmótica =crt Ecuacióndevan thoff Molaridad Aplicaciones Determinacióndepesosmoleculares osmometría. (especialmenteparamoléculasconaltospesos molecularescomo,p.ej.,macromoléculasbiológicas). Ósmosisinversa desalinización (aplicaraladisoluciónunapresiónmayorquela, provocandounflujodesalidadeldisolvente). Importanciaenlosseresvivos: Lasparedescelularesactúancomomembranassemipermeables: permitenelpasodemoléculaspequeñas(agua,moléculasde nutrientes)peronodegrandes(enzimas,proteínas,...).

35 Glóbulosrojosdelasangre Disoluciónisotónica misma quelos fluidosintracelulares delosglóbulos Disoluciónhipotónica menor entraaguaypuedecausar laruptura:hemólisis Suerofisiológico Disoluc.hipertónica mayor saleagua:crenación

36 Disociacióndeelectrolitosypropiedades coligativas Laspropiedadescoligativasdependendelaconcentracióndepartículasde soluto Loselectrolitosaldisociarseposeenconcentracionesefectivasmayoresque lasnominales Elfactordevan'tHoff,i,eslarelaciónentrelapropiedadcoligativarealy elvalorqueseobservaríasinohubiesedisociación i= T f real T f no disociado = K f c m efectiva K f c m nominal = c m efectiva c m nominal T f real =K f c m efectiva =i K f c m nominal

37 Factoresdevan'tHoffrealeseideales Compuesto KBr NaCl K2CO3 K2CrO4 K3[Fe(CN)6] iideal(disol.inf.) 2,00 2,00 3,00 3,00 4,00 ireal(0,1m) 1,88 1,87 2,45 2,39 2,85 ireal(1,0m) 1,77 1,83 2,39 1,95 Losirealesestáncalculadosapartirdelosdescensoscrioscópicos, tomandokf=1,86 C/mparaelagua

38 Algunosmétodosdeseparacióndemezclas Separacióndemezclasheterogéneas Líquidosinmiscibles Decantación Filtración Sólidoylíquido Extraccióndeunodeloscomponentescondisolvente Sólidos Separacióndemezclashomogéneas: Líquidosogases Líquidos Sólidoenlíquido Cromatografía(delíquidosogases) Destilación cristalizaciónporevaporaciónodescensodet Purificacióndecoloides: Sólidoenlíquido Filtración(partículasgrandes) Ultrafiltración(filtraciónapresiónatravésdemembranas pequeñas) Diálisisyelectrodiálisis(parasolesliófobos)