Lección: Disoluciones

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1 Leccón: Dsolucones TEMA: Introduccón 1 Adolfo Bastda Pascual Unversdad de Murca. España. I. Caracterzacón de las dsolucones I.A. Composcón de una dsolucón I.B. Magntudes molares parcales I.C. Magntudes de mezcla II. Dsolucones deales II.A. Defncón II.B. Propedades termodnámcas II.C. Propedades colgatvas II.D. Equlbro químco en dsolucón

2 I.A. Composcón de una dsolucón I. Caracterzacón de las dsolucones 2 Una dsolucón es una mezcla homogénea sstema monofásco con más de un componente. La mayor parte de la Químca transcurre en dsolucones líqudas. Componente mayortaro Dsolvente. Componente(s) mnortaro(s) Soluto(s). Número de moles de n = Meddas de composcón: Fraccón molar de x = n n g de sustanca P m de en g Admensonal y no depende del volumen.

3 I.A. Composcón de una dsolucón I. Caracterzacón de las dsolucones 3 Meddas de composcón: Concentracón molar o Molardad de c = n V Medda en mol/l y depende del volumen de la dsolucón. Concentracón molal o Molaldad de m = n masa del dsolvente Medda em mol/kg de dsolvente y no depende del volumen. El volumen de una dsolucón (y de cualquer líqudo) camba con P y T.

4 I.B. Magntudes molares parcales I. Caracterzacón de las dsolucones 4 Dsolucón compuesta por n 1,n 2,...,n r.a T y P constantes. V Volumen de 1 mol de sustanca pura a T y P. Volumen de los componentes de la dsolucón por separado V = n 1 V 1 + n 2 V n r V r = r n V =1 Al mezclar los componentes el volumen de la dsolucón no es gual al volumen sn mezclar V V Ej. 50 cm 3 agua + 50 cm 3 etanol a 20 o Cy 1 atm 96.5 cm 3 de dsolucón. Dferentes nteraccones ntermoleculares

5 I.B. Magntudes molares parcales I. Caracterzacón de las dsolucones 5 Cambo de las propedades (V,U,H,...) (V,U,H,...). Magntudes molares parcales de ( ) V V = V = n n V T,P,n j n ( ) U Ū = U= n n Ū T,P,n j n ( ) G Ḡ = = µ n G= n µ T,P,n j n. Son magntudes ntensvas que dependen de P, T y la composcón (x 1,x 2,...,x r ).

6 I.B. Magntudes molares parcales I. Caracterzacón de las dsolucones 6 Relacones termodnámcas entre varables molares parcales dg = V dp SdT ( ) G = S T P,n ( ) ( ( ) ) S G = n T,P,n j n n T P,n T,P,n j n ( ( ) ) ( ) G µ = = T n T,P,n j n T P,n P,n ( ) µ = S T P,n ( ) µ = V P T,n

7 I.C. Magntudes de mezcla I. Caracterzacón de las dsolucones 7 Magntud de mezcla dferenca entre su valor en la dsolucón y los componentes por separado. V mez = V V = n (Ḡ Ḡ ) G mez = S mez = H mez = n ( S S ) n ( H H ) n V n V = n ( V V ) Las magntudes de mezcla mantenen las relacones entre magntudes termodnámcas G mez = H mez T S mez (T = cte.)

8 I.C. Magntudes de mezcla I. Caracterzacón de las dsolucones 8 ( Gmez P ( Gmez ) { ( Ḡ ) = n T,n j P ) T,n j = n ( V V )= V mez ( Ḡ P ) T,n j } T P,n j = S mez Las varacones de V mez, U mez y H mez reflejan los cambos energétcos y estructurales de las nteraccones ntermoleculares.

9 I.C. Magntudes de mezcla I. Caracterzacón de las dsolucones 9 Las varacones de S mez y G mez tambén responden a la varacón del orden. En general S mez > 0 pues aumenta el volumen accesble para cada molécula. En los casos en que S mez < 0 aparecen fuertes nteraccones ntermoleculares que generan un fuerte orden local. Ej. Algunos sóldos óncos dsueltos en agua

10 II.A. Defncón II. Dsolucones deales 10 Defncón mcroscópca Dsolucón deal es aquella en que todas las moleculas tenen gual forma y las nteraccones entre ellas son déntcas. Modelo sencllo de aplcar y váldo en muchas stuacones. Las desvacones de las dsolucones reales respecto a las deales nos dan nformacón respecto a las dferentes geometrías moleculares e nteraccones ntermoleculares. Defncón termodnámca Dsolucón deal es aquella en que el potencal químco de cada uno de sus componentes vene dado por la expresón µ (P,T ) = µ (P,T ) + RT lnx.

11 II.B. Propedades termodnámcas II. Dsolucones deales 11 Dsolucón deal µ (P,T ) = µ (P,T ) + RT lnx G mez = n (µ µ )= RT V mez = S mez = ( Gmez P ) ( Gmez T H mez = G mez + T S mez = 0 n lnx < lnx <0 0 = 0 T,n j ) = R n lnx > 0 P,n j lnx <0

12 II.B. Propedades termodnámcas II. Dsolucones deales 12 Equlbro entre una dsolucón deal y su vapor. Vapor x 1,v,x 2,v, Líqudo x 1,l,x 2,l,... Equlbro de fases µ,v = µ,l Vapor Gas deal P = x,v P µ o,v (T ) + RT ln P P o = µ,l (P,T ) + RT lnx,l Equlbro puro con su vapor Vapor P presón de vapor... Líqudo µ,l (P,T ) = µo,v (T,P ) µ,l (P,T ) = µo,v (T ) + RT ln P P o

13 II.B. Propedades termodnámcas II. Dsolucones deales 13 µ,l (P,T ) µ,l (P,T ) + RT lnx,l = RT ln P P En líqudos µ,l camba lentamente con P µ,l (P,T ) µ,l (P,T ) x,l = P P P = x,l P Ley de Raoult x,v P= x,l P

14 II.C. Propedades colgatvas II. Dsolucones deales 14 La adcón de un soluto a un dsolvente puro modfca su potencal químco por lo que camban sus propedades termodnámcas Presón de vapor, puntos de ebullcón y congelacón y presón osmótca collgatus sgnfca undo Soluto no volatl en un dsolvente La contrbucón del soluto a la presón de vapor de la dsolucón es desprecable Mayoría de solutos sóldos. Presones de vapor bajas Gases deales. Dsolvente A.

15 II.C. Propedades colgatvas II. Dsolucones deales 15 Dsmnucón de la presón de vapor. P P A = x A P A P = P P A = x A P A P A = (x A 1)P A < 0 S solo hay un soluto B x A + x B = 1 P = x B P A La dsmnucón de la presón de vapor solo depende de la concentracón de soluto y no de qué soluto se trate.

16 II.C. Propedades colgatvas II. Dsolucones deales 16 Dsmnucón del punto de congelacón y aumento del punto de ebullcón. Punto de ebullcón normal Temperatura a la que presón vapor vale 1 atm La adcón de un soluto no volátl reduce la presón de vapor Es necesaro aumentar la temperatura para que vuelva a alcanzar 1 atm. La adcón de un soluto tambén dsmnuye el punto de congelacón. T f = R(T f )2 Pm A H fus,a m B }{{} K f K f Constante molal del descenso del punto de congelacón.

17 II.C. Propedades colgatvas II. Dsolucones deales 17 Presón osmótca. Membrana sempermeable solo pasa de dsolvente. µ A < µ A ( µ A P ) flujo de zquerda a derecha. = V A > 0 el aumento de presón hace crecer µ T A hasta que se guala a µ A µ A (P,T ) = µ A(P + Π,T )

18 II.C. Propedades colgatvas II. Dsolucones deales 18 ΠV = n B RT Π= RT c B Ley de van t Hoff Ósmoss nversa desalacón o hemodalss.

19 II.D. Equlbro químco en dsolucón II. Dsolucones deales 19 Condcón general de equlbro químco ν µ = 0. Dsolucones deales µ = µ + RT lnx. ν (µ + RT lnx ) = 0 ν lnx = 0 ν µ + RT G(P,T ) = RT lnx ν G(P,T ) = RT ln Para un valor de (P,T ) G(P,T ) toma un valor únco x ν =cte.=k x(p,t ) Constante de equlbro. x ν

20 II.D. Equlbro químco en dsolucón II. Dsolucones deales 20 aa + bb cc + d D K x = xc C xd D x a A xb B Se puede expresar en otras concentracones x = j n K x = x ν n = n j n A x n n A = n /V n A /V K x = x ν m =n /M A m M A n A = n A =M A /Pm A m Pm A = (m Pm A ) ν = (Pm A ) ν } {{ } cte. V Pm A = c n A =M A /Pm A M A M A V ρ A = (Pm A /ρ A c) ν = (Pm A /ρ A ) ν } {{ } cte. (m ) ν } {{ } K m Pm A ρ A c (c ) ν }{{} K c