Capítulo 11. Disoluciones
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Capítulo 11. Disoluciones 1.- Concepto y proceso de disolución 1.1.- Cambio de energía y formación de disoluciones 1.2.- Formación de disoluciones: espontaneidad y desorden 2.- Unidades de concentración 3.- Solubilidad 3.1.- Disoluciones y solubilidad 3.2.- Factores que afectan a la solubilidad Interaciones soluto-disolvente Efecto de la presión Efecto de la temperatura 4.- Propiedades coligativas 4.1.- Propiedades coligativas de no electrolitos Disminución de la presión de vapor Elevación del punto de ebullición Disminución del punto de congelación Presión osmótica 4.2.- Propiedades coligativas de electrolitos Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 1.- Concepto y proceso de disolución Disolución Disolución Mezclahomogenea homogeneade dedos dosoomás mássustancias sustanciasde decomposición composiciónuniforme uniforme Mezcla Disolvente Componente de la disolución que se encuentra en mayor cantidad Solutos Componentes de una disolución que no son mayoritarios Solvatación (si el disolvente es agua, hidratación) Interacciones entre el soluto y las moléculas de disolvente Las disoluciones pueden ser de gases, líquidos y sólidos en cualquier combinación Cuando en la disolución interviene alguna fase condensada, es decir, sólidos o líquidos las fuerzas intermoleculares actúan entre las partículas de solutos y el disolvente que las rodea Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 1.1.- Cambio de energía y formación de disoluciones ∆Hsolb=∆H =∆H1++∆H ∆H2++∆H ∆H3 ∆H solb 1 2 3 ∆H1<0, cambio de entalpía debido a la ruptura de las interacciones del soluto ∆H2 <0, cambio de entalpía debido a la ruptura de las interacciones del disolvente ∆H3 >0, cambio de entalpía debido a la formación de interacciones soluto-disolvente Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 1.2.- Formación de disoluciones, espontaneidad y desorden CCl4 y C6H14 se disuelven fácilmente uno en otro en todas las proporciones Las magnitudes de las fuerzas de interacción entre estas sustancias son comparables , por lo que el cambio de energía cuando se mezclan es muy pequeño. Sin ambargo , el proceso es espontáneo porque el desorden del sistema aumenta LOS PROCESOS EN LOS QUE EL CONTENIDO DE ENERGÍA DEL SISTEMA DISMINUYE SUELEN OCURRIR ESPONTANEAMENTE LOS PROCESOS EN LOS QUE EL DESORDEN DEL SISTEMA AUMENTA TIENDEN A OCURRIR ESPONTANEAMENTE Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.- Unidades de concentración Concentración Concentración Cantidadde desoluto solutopresente presenteen enuna unadeterminada determinadacantidad cantidadde dedisolución disolución Cantidad Porcentaje en masa %masa = msoluto x100% mdisolución Partes por millón ppm = msoluto x106 mdisolución Fracción molar ΧA = moles de A moles totales de todos los componentes Molalidad Molalidad = Molaridad moles de soluto masa de disolvente (kg) Molaridad = moles de soluto Litros de disolución Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Fracción molar Se utiliza para cálculos de presiones parciales de gases y presiones de vapor de disoluciones Molaridad Operativamente es más fácil medir volúmenes de disolución que masa de disolvente Molalidad Independiente de la temperatura porque expresa relaciones de masa Porcentaje en masa No es necesario conocer la masa molar del soluto Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 3.- Solubilidad 3.1.- Disoluciones y solubilidad disolver Soluto+disolvente Solución Solubilidad Cantidad de soluto necesaria para formar una disolución saturada en una cantidad dada de disolvente cristalizar Disolución saturada Disolución que está en el equilibrio con soluto no disuelto Disolución insaturada Solució que contiene menos soluto disuelto que la solución saturada a la misma tempertura Disolución sobresaturada Solución que contiene una cantidad mayor de soluto que la necesaria para formar una disolción saturada 1 2 3 4 Disolución sobresaturada de acetatoQuímica de sodio 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 3.2.- Factores que afectan a la solubilidad Interaccionessoluto-disolvente soluto-disolvente Interacciones La solubilidad de los gases en agua aumenta con la masa molar Gas Solubilidad (M) en agua a 20ºC N2 CO O2 Ar Kr 0,69x10-3 1,04x10-3 1,38x10-3 1,50x10-3 2,79x10-3 Los líquidos polares se suelen disolver en disolventes polares Miscibles: líquidos que se mezclan en cualquier proporción (acetona y agua) Inmiscibles: líquidos que no se mezclan (agua y hexano) Alcohol Metanol Etanol Propanol Butanol Pentanol Hexanol Heptanol Solubilidad en agua a 20ºC (mol/100g) ∞ ∞ ∞ 0,11 0,030 0,1158 0,0008 Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Las sustancias con fuerzas de atracción intermoleculares similares suelen ser mutuamente solubles “lo similar disuelve a lo similar” Sustancias no polares solubles en disolventes no polares Sustancias iónicas y polares solubles en disolventes polares Sólidos covalentes insolubles en disolventes polares y no polares Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Efectode dela lapresión presión Efecto Ley de Henry La solubilidad de un gas en una disolvente aumenta en proporción directa a la presión Cg=kPg Cg, solubilidad del gas (M) Pg, presión parcial del gas sobre la disolución k, constante para pareja soluto-disolvente Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Efectode dela latemperatura temperatura Efecto SÓLIDO-LÍQUIDO En general, la solubilidad en agua se incrementa al aumentar la temperatura de la disolución Cristalización fraccionada Separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros sobre la base de sus diferentes solubilidades Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Efectode dela latemperatura temperatura Efecto GAS-LÍQUIDO Variación de la solubilidad en agua del O2 con la temperatura Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.- Propiedades coligativas Propiedadescoligativas coligativas Propiedades propiedadesque quedependen dependensólo sólodel delnúmero númerode departículas partículasde desoluto solutoen enla la propiedades disoluciónyyno node dela lanaturaleza naturalezade delas laspartículas partículas disolución Elevación del punto de ebullición Disminución del punto de congelación Propiedades coligativas Disminución de la presión de vapor Presión osmótica Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.1.- Propiedades coligativas de disoluciones de no electrolitos Disminuciónde dela lapresión presiónde devapor vapor Disminución SOLUTO NO VOLÁTIL Ley de Raoult La presión parcial de un disolvente en una disolución, P1, está dada por la presión de vapor del disolvente puro, Pº1, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución, X1 P1=X1Pº1 Si la disolución contiene sólo un soluto P1=(1-X2)Pº1 P1= Pº1-X2Pº1 La disminución de la presión de vapor del disolvente puro es directamente proporcional a la concentración del soluto expresada como fracción molar ∆P=X2Pº1 Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 SÓLIDO VOLÁTIL La presión de vapor de la disolución es la suma de las presiones parciales individuales Ley de Raoult PA=XAPºA Según la Ley de Dalton PB=XBPºB PT=PA+PB=XAPºA+ XBPºB PA, PB, presiones parciales de los componentes A y B de la disolución PºA, PºB, presiones parciales de las sustancias puras XA, XB, fracciones molares de A y B en la disolución Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Disolución ideal Cualquier disolución que cumple la Ley de Raoult P.e. benceno y tolueno Fuerzas intermoleculares (FI) A-B similares a A-A y B-B ∆Hdisolución=0 PT=PA+PB=PºA+(PºA+ PºB)XB Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Disolución no ideal Disolución no ideal Caso 1 FI A-B más débiles que FI A-A y B-B ∆Hdisolución>0 PT>PA+PB Caso 2 FI A-B más fuertes que FI A-A y B-B ∆Hdisolución<0 PT<PA+PB Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Elevacióndel delpunto puntode deebullición ebullición Elevación Punto de ebullición Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido se iguala con la presión exterior Para un soluto no volátil y a cualquier temperatura, la presión de vapor de la disolución es menor que la del disolvente puro Elevación del punto de ebullición (∆Tb) se define como la diferencia entre el punto de ebullición de la disolución (Tb) y el punto de ebullición del disolvente puro (Tºb) y es proporcional a la molalidad del soluto en la disolución ∆Tb= Tb- Tºb=Kbm Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Disminucióndel delpunto puntode decongelación congelación Disminución Disminución del punto de congelación (∆Tb) se define como el punto de congelación del disolvente puro (Tºb) menos el punto de congelación de la disolución (Tb) ∆Tf= Tºf- Tf=Kfm La disminución del punto de congelación de una disolución se produce tanto con solutos volátiles como no volátiles Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Presiónosmótica osmótica Presión Ósmosis Paso selectivo de moléculas de disolvente a través de una membrana porosa desda una disolución diluida hacia una de mayor concentración Presión osmótica (π) de una disolución es la presión que se requiere pare detener la ósmosis π=MRT Disoluciones isotónicas C1=C2, π1= π2 Si C1>C2 C1, hipotónica C2, hipertónica Célula en ... Membranas semipermeables -Tamaño de poro -”Solubilidad” del disolvente en la membrana Disolución isotónica Disolución hipotónica Disolución hipertónica Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.2.- Propiedades coligativas de disoluciones de electrolitos Las propiedades coligativas dependen del número de partículas de soluto en la disolución, por tanto hay que tener en cuenta las partículas que se producen en la disociación de los electrolitos Factor de van’t Hoff i= número real de partículas en la disolución después de la disociación número de unidades fórmula disueltas inicialmente en la disolución Las ecuaciones de la propiedades coligativas se modifican ∆Tb=iKbm ∆Tf= iKfm π=iMRT Par iónico está formado por uno o más cationes y uno o más aniones unidos por fuerzas electrostáticas A concentraciones elevadas se forman pares iónicos de forma que ireal<iteórico Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 5.- Separación de los componentes de una disolución 5.1.- Extracción Disolvente extractor 1) Agitación 2) Reposo Disolvente 1 Disolvente 2 (extractor) Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 5.2.- Destilación Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005