Subido por pedro.05acuario

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS- SEMANA 2 (1) (1) (1) (1)

Anuncio
UNIDAD I
Semana 2
PROPIEDADES DE LOS
LÍQUIDOS
QUÍMICA II
PROF. CLARA FIGUEROA C.
Las principales propiedades
del estado líquido son:
• Viscosidad
• Tensión superficial
• Acción capilar
• Evaporación
• Condensación
• Presión de vapor
• Punto de ebullición
VISCOSIDAD: ¿Qué es?
Es la resistencia de un líquido a fluir.
A mayor viscosidad mayor resistencia a
fluir (ej. la miel es más viscosa que el
agua, pues posee más resistencia a fluir).
Se manifiesta solo en líquidos en
movimiento, ya que en reposo solamente
actúa la gravedad (g)
¿De qué factores externos
depende?
• La viscosidad es característica tanto de los gases
como de los líquidos, aunque éstos presentan
coeficientes de viscosidad mucho más altos que
los gases.
• Los coeficientes de viscosidad en la mayoría de
los casos disminuyen al aumentar la temperatura,
ya que la mayor energía cinética de las moléculas
les permite superar las fuerzas intermoleculares.
• La presión tiene poca o nula incidencia dado que
es un estado condensado.
• En los líquidos el factor dominante para
determinar la viscosidad es la interacción
molecular.
Propiedades de los líquidos
Viscosidad es una medida de la resistencia de los
líquidos a fluir.La viscosidad vendría a ser algo así como
el grado de " pegajosidad " que tiene un líquido, es el
rozamiento que tienen los líquidos.
Fuerza intermolecular fuerte
Alta viscosidad
¿Cómo influyen las fuerzas
intermoleculares?
Las sustancias con fuerzas
intermoleculares mayores
serán más viscosas.
Las sustancias con
posibilidad de formar
puentes de hidrógeno
tienen altas viscosidades
(glicerina).
El incremento de tamaño y
área superficial de las
moléculas aumenta las
fuerzas de London y en
consecuencia la
viscosidad.
Cuanto más largas son las
moléculas más difícil les
resulta fluir.
Ejemplo de la viscosidad de la
leche y el agua. Líquidos con altas
viscosidades no forman
salpicaduras. (www.wikipedia.com)
TENSION SUPERFICIAL
Es el fenómeno por el cual la superficie de un líquido
se comporta como una pequeña película elástica.
Puede representarse como la cantidad de energía
necesaria para aumentar la superficie de un
líquido por unidad de área.
A nivel microscópico se debe a que las moléculas
del interior están sometidas a distintas fuerzas que
las de la superficie.
La tensión superficial puede
afectar impidiendo, por
ejemplo, el hundimiento de
un clip en el agua.
¿A que se debe este efecto?
• Las moléculas del interior son atraídas en todas
las direcciones por las fuerzas intermoleculares.
• Las moléculas de la superficie son atraídas por
las moléculas vecinas hacia los costados y
hacia adentro. Estas atracciones hacia el
interior provocan que la superficie se tense
como una película elástica.
• Los sistemas tienden a estar en el estado
energético mas bajo posible. Como las
moléculas del interior del líquido tienen menor
energía promedio, el sistema tiende a bajar su
energía disminuyendo el número de moléculas
en la superficie.
Tensión superficial es la cantidad de
energía necesaria para estirar o aumentar
la superficie de un líquido por unidad de
área
• Fuerza intermolecular grande
• Alta tensión superficial
ACCION CAPILAR
Se denomina de esta manera al ascenso
de un líquido a través de un tubo de
pequeño diámetro (capilar) que está
sumergido en aquel.
Actúan fuerzas:
Cohesivas, entre moléculas semejantes
Adhesivas, entre moléculas diferentes
Ejemplos de acción capilar
Debido a la acción capilar el agua
sube por los intersticios de un terrón
de azúcar o sobre un trozo de papel
secante.
Es en parte también gracias a este
efecto que el agua puede subir a
través de los conductos de una
planta para transportar nutrientes.
• Cohesión es una atracción intermolecular
entre moléculas semejantes
• Adhesión es una atracción entre
moléculas distintas
Adhesión
Cohesión
PRESION DE VAPOR
Las partículas de la superficie de un líquido
tienden a escapar si logran vencer la
atracción del resto. Algunas partículas tienen
más energía cinética y velocidad que el
promedio; son éstas las que pasan al estado
gaseoso.
El valor de la presión de vapor de un líquido
depende de la temperatura.
Al aumentar la T, aumenta la velocidad de
evaporación y el sistema tiende a volver al
equilibrio, aumentando la cantidad de
moléculas que condensan.
PRESION DE VAPOR
• Con el aumento de T se
alcanza un nuevo valor de
presión de vapor, más
elevado puesto que hay
más moléculas en el
vapor.
• El valor de la presión
de vapor a una T dada
es una característica
propia de cada líquido.
Variación de la presión de
vapor de éter, benceno y
agua con la temperatura
ACTIVIDAD
Cuál de los enunciados siguientes es incorrecto?
• La presión de vapor está determinada por un equilibrio
dinámico entre el líquido y el vapor.
• Los líquidos volátiles tienen fuerzas intermoleculares
relativamente débiles.
• Cuando más intensas son las fuerzas intermoleculares,
tanto mayor es la presión de vapor.
• La presión de vapor aumenta con la temperatura.
• Cuanto mayor es la temperatura, más probable es que
una molécula tenga la energía suficiente para escapar a
la fase gaseosa
Punto de ebullición
El punto de ebullición es la temperatura a la cual la
presión de vapor de un líquido es igual a la presión
externa.
El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual
un líquido hierve cuando la presión externa es 1 atm.
PUNTO DE EBULLICION
• Cuando se suministra calor a un líquido en su p.
de eb. la T permanece constante. Todo el calor
suministrado se emplea para vencer las fuerzas
de cohesión del líquido para formar vapor.
• El punto de ebullición varía en forma
directamente proporcional a la presión externa a
la que está sometido el líquido.
• El punto de ebullición es una de las constantes
físicas que caracterizan a las sustancias.
• Las diferencias entre los p. de eb., a una T dada,
se debe a las diferencias en las fuerzas
cohesivas de distintos líquidos.
Transferencia de calor y cambios
de estado
Para alcanzar el punto de ebullición de un líquido debe
suministrarse calor. Frecuentemente se trabaja a
presión constante (p. atmosférica).
El Calor molar de vaporización o Entalpía de
vaporización H vap es la cantidad de
calor, a presión constante, que se debe suministrar a
un mol de líquido en su punto de ebullición para
transformarlo en vapor sin que cambie la
temperatura.
Las unidades que se emplean son kJ/mol ó kc/mol.
Si los valores de H son >0, el proceso es
endotérmico, el sistema absorbe calor del medio,
Por el contrario el proceso es exotérmico cuando libera
calor al medio y H es <0.
Calores de vaporización, puntos de
ebullición y presiones de vapor de
algunos líquidos
Líquido
P.eb.
H vap en
P.eb.
(torr 20 °C) (en °C a 1 atm)
(kJ/mol)
Pvap
PM
Agua
18,0
17,5
100
40,7
Etanol
46,1
43,9
78,3
39,3
Benceno
78,1
74,6
80,1
30,8
Dietil éter
74,1
442.2
34,6
26,0
Tetracloruro
de Carbono
153,
8
85,6
76,8
32,8
197,3
58,9
Etilen glicol 67,1 0,1
¿Qué sucede al condensar
el vapor?
La condensación es el proceso inverso a la
evaporación.
El calor de condensación de un líquido es
igual en magnitud pero de signo
opuesto al calor de vaporización.
La vaporización siempre tiene para un
líquido H >0, es un proceso
endotérmico y la condensación es un
proceso exotérmico (H <0).
•REVISAR SEPARATA SOBRE
PROPIEDADES DE LOS
LÍQUIDOS.
•REVISAR LIBRO WHITTEN:
pág.455-462
Propiedades coligativas de las
soluciones
• Las Propiedades Coligativas son propiedades
universales de las soluciones y son:
• ·
Descenso de la presión de vapor
• ·
Ascenso del punto de ebullición
• ·
Descenso crioscópico
• ·
Presión osmótica
La descripción de una disolución implica conocer sus
componentes y sus cantidades relativas  concentración.
Es necesario recordar, algunas:
Formas de expresar la concentración
como:
• Fracción molar (x), del soluto y del solvente
• Molalidad (m)
•Molaridad (M)
ni
mi 
k g d iso lvente
PROPIEDADES COLIGATIVAS
1. DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE
•
•
•
•
VAPOR (P)
Podemos definir el descenso de la
presión de vapor como la diferencia
entre la presión de vapor del solvente puro
y la de la solución. Lo podemos expresar
de la siguiente manera:
 Pv = Pvo - Pvs
 Pv -- descenso de la presión de vapor
Pvo -- presión de vapor del solvente puro
Pvs -- presión de vapor de la solución
PROPIEDADES COLIGATIVAS
DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR (P)
Solvente puro
Molécula de solvente
Molécula de soluto
Solución
Psolvente = Xsoluto P0solvente
Ley de Raoult
Xsoluto = fracción molar del soluto
P0solvente = presión de vapor del disolvente puro
PROPIEDADES COLIGATIVAS
DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR (P)
Ejemplo 1
- Calcule la presión de vapor de la siguiente solución a 50ºC: 98
moles de agua y 2 moles de sacarosa. La presión de vapor del
agua a esta temperatura es 92,51 mmHg.
Psolvente = Xsoluto P0solvente
2 x 92,51
= -------100
= 1,85 mmHg
Esto significa que la presión de vapor del solvente puro ha
disminuido en 1,85 mmHg, es decir, la presión de vapor de la
solución es: 92,51-1,85 = 90,66 mmHg
PROPIEDADES COLIGATIVAS
PRESIÓN DE VAPOR (P)DE LA SOLUCIÓN
O bien,
Psolución = Xsolvente P0solvente
98
= ----------x 92,51
(98 + 2)
= 90,66 mmHg
Ejemplo 2
• Calcular la reducción en la presión de vapor causada por la adición
de 100 g de sacarosa (masa molar = 342) a 1000 g de agua. La
presión de vapor de agua pura a 25°C es 23,69 mmHg.
1. Se halla la fracción molar de soluto (XB):
sacarosa:
342 g ----- 1 mol
100 g ----- X
X = 0,292 moles
agua: 18 g ----- 1 mol
1000 g ----- X
X = 55,556 moles
(0,292 moles)
XB = ------------------------------=5,229 x 10 -3
(0,292 moles + 55,556 moles)
2. Cálculo de la disminución de la presión de vapor.
PV
=
(23,69 mmHg) (5,229 x 10-3)
PV
=
0,124 mmHg
Ejemplo 3: Para resolver
El naftaleno C10H8, se utiliza para hacer bolas para
combatir la polilla. Suponga una solución que se
hace disolviendo 0,515 g de naftaleno ( Masa molar:
128,18) en 60,8 g de cloroformo CHCl3, calcule el
descenso de la presión de vapor del cloroformo a
20°C en presencia del naftaleno. La p de v del
cloroformo a 20°C es 156 mm Hg. Suponer que el
naftaleno es no volátil comparado con el cloroformo.
¿Cuál es la presión de vapor de la solución?
PROPIEDADES COLIGATIVAS
2. ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN (Tb)
Ebullición
Se forman burbujas y
suben, ya que la Pv
sobrepasa la P atm.
Tb = Kbm
Kb = constante molal de elevación del punto de ebullición
(ºC/m) o constante ebulloscópica.
m = molalidad
Cualquier disminución en la presión de vapor -al agregar un
soluto no volátil- producirá un aumento en la temperatura de
ebullición.
Se considera ascenso ebulloscópico a la
diferencia entre la temperatura de ebullición de la
solución y la del solvente puro.
También podremos definir ascenso ebulloscópico molal, Te
como la elevación del punto de ebullición de una solución 1
molal de un soluto no volátil en el solvente, comparado con el
punto de ebullición del solvente puro
Podemos escribir la ecuación del ascenso
ebulloscópico molal, como:
Te =ke. m
Donde: ke es la constante ebulloscópica y
es
característica de cada solvente – no depende de la
naturaleza del soluto y m es la concentración molal del
soluto.
Si queremos calcular la Temperatura de ebullición de una
solución a la presión atmosférica :
T e = Tes +  T e
Te = temperatura ebullición de la solución
Tes = temperatura de ebullición del solvente
 T e = ascenso ebulloscópico
PROPIEDADES COLIGATIVAS
ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN (Tb)
Ejemplo 1
- Calcule el punto de ebullición de la siguiente solución: 100 g de
agua y 10 g de glucosa. Kb H2O = 0,512 ºC/m. PMglucosa = 180
g/mol.
Tb = Kbm
10
Tb = 0,512 x ---------------0,1 x 180
= 0,29ºC
Si el punto de ebullición del agua pura es 100ºC, significa
que el punto de ebullición de la solución es (100 + 0,29) =
100,29ºC
• Ejemplo 2. Calcular el punto de ebullición de una solución de 100 g
de anticongelante etilenglicol (C2H6O2) en 900 g de agua (Keb =
0,52 °C/m).
Aplicamos las ecuaciones:
Teb
=
Teb-Tºeb
Teb
=
Keb m
Moles de soluto
X
Molalidad
X
:
=
:
=
Ecuación 1
Ecuación 2
62 g ----- 1 mol
100 g ----- X
1,613 moles de soluto
1,613 moles ----- 900 g de solvente
X ----- 1000 g de solvente
1,792 molal
Aplicando la ecuación 2, tenemos:
Teb
=
Keb m
Teb
=
(0,512 °C/molal) (1,792 molal)
Teb
=
0,9319 °C
Aplicando ecuación 1, tenemos:
Teb = Teb
Tºeb
0,9319 °C = Teb
100 °C
Teb
= 100,9319 °C
Para una solución ideal:
Si los componentes son los líquidos A y B:
Psolución = P°A XA + P°B XB
Psolución : Presión de la solución ideal
P°A y P°B : Presiones de vapor de A y B puros
XA y XB : Fracciones molares de A y B
... aplicación
• Una solución líquida consiste en 0,35
fracciones mol de dibromuro de etileno,
C2H4Br2, y 0,65 fracciones mol de
dibromuro de propileno, C3H6Br2. Ambos
son líquidos volátiles; sus presiones de
vapor a 85°C son 173 mm Hg y 127 mm
Hg, respectivamente. Calcule la presión
de vapor total de la solución.
PROPIEDADES COLIGATIVAS
DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN (Tc)
Tc = Kcm
Kc = constante molal de
disminución
del
punto de congelación
o constante
crioscópica
(ºC/m)
m = molalidad
Algunas propiedades de
disolventes comunes
I Solvente
Agua
Benceno
Alcanfor
Fenol
Ac. Acético
CCl4
Etanol
Pe (°C)
Kb (°C/m)
Pf(°C)
100,0
80,1
207,42
182,0
118,1
76,8
78,4
0,512
2,53
5,61
3,56
3,07
5,02
1,22
0,0
5,48
178,4
43,0
16,6
- 22,3
- 114,6
Kf (°C/m)
1,86
5,12
40,00
7,40
3,90
29,8
1,99
PROPIEDADES COLIGATIVAS
DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN (Tc)
Ejemplo 1.
- Calcule el punto de congelación de la siguiente solución: 500 g de
agua y 100 g de sacarosa. Kc H2O = 1,86 ºC/m. PMsacarosa = 342
g/mol.
Tc = Kcm
100
Tc = 1,86 x -------------0,5 x 342
Tc = 1,09ºC
Si el punto de congelación del agua pura es 0ºC, significa que el
punto de congelación de la solución es (0 – 1,09) = -1,09ºC
• Ejemplo 2. Calcular el punto de congelación de una solución de 100g de
anticongelante etilenglicol (C2H6O2), en 900 g de agua (Kc = 1,86
°C/molal)
Aplicamos ecuaciones:
Tc
=
Tc
=
T°c
Kc m
-
Tc
Ecuación 1
Ecuación 2
la molalidad de la solución que podemos calcular a partir de los siguientes datos:
Moles de soluto :
62 g ----- 1 mol
100 g ----- X
X
=
1,61 moles de soluto
Molalidad
:
1,61 moles ----- 900 g de solvente
X ----- 1000 g de solvente
X
=
1,79 molal
Aplicando ecuación 2, tenemos:
Tc = Kc m
Tc = (1,86 °C/molal) (1,79 molal)
Tc = 3,33 °C
Aplicando ecuación 1, tenemos:
Tc
=
T°c
-Tc
3,33 °C =
0°
-Tc
Tc
=
- 3,33 °C
PROPIEDADES COLIGATIVAS

Estas propiedades permiten calcular el PM de compuestos
Ejemplo 3: Si se disuelven 7,08 g de un compuesto en 125 g de
CCl4, se observa una variación en el punto de congelación de
10,4 ºC. Determine el PM del compuesto. Kc del solvente = 29,8.
msoluto
T = Kc x m = Kc x ------------------msolvente x PM
msoluto
PM = Kc x ------------------- = 29,8 x 7,08
msolvente x T
0,125 x 10,4
PM = 162,3 g/mol
PROPIEDADES COLIGATIVAS
PRESION OSMÓTICA
Moléc.
pequeña
Moléc.
grande
membrana
PV = nRT
P = nRT  P = CRT
V
C = concentración, generalmente Molaridad
R = constante de los gases = 0,082 atm.L/mol K
T = temperatura
PRESIÓN OSMÓTICA
> P
Agua pura
Disolución
Osmosis Normal
PRESIÓN OSMÓTICA
P > 
Agua pura
Osmosis
inversa
P
Disolución
PROPIEDADES COLIGATIVAS
PRESION OSMÓTICA
Ejemplo 1
- Calcule la presión osmótica a 27ºC producida por una
solución acuosa de sacarosa, cuya concentración es de
18 g/L. PMsacarosa = 342 g/mol.
P = MRT
18/342 x 0,082 x 300
P = ----------1
P = 1,29 atm.
Ejercicios de Propiedades Coligativas
1. Calcular los puntos de ebullición y de congelación de una
solución de sacarosa 0,5 molal. Los valores de las constantes
son respectivamente, Kb = 0,512 y Kc =1,86.
2. Determinar el peso molecular de una sustancia sabiendo que
una solución que contiene 0,5 g de ella en 186 g de agua
congelada a –0,11 ºC. Kc agua = 1,86.
3. Una solución acuosa de una sustancia orgánica que contiene
96 g de soluto por litro, tiene una presión osmótica de 0,474
atm. a la temperatura de 0 ºC. Calcular el peso molecular del
soluto.
Ejercicios de Propiedades Coligativas
4. Una solución anticongelante de glicerina C3H8O3, (PM = 92
g/mol), se diluye en agua, obteniéndose una solución que
contiene un 40 %p/v de glicerina. La densidad de la solución es
1,099 g/mL, Kc H2O = 1,86 ºC/m, KbH2O = 0,512 ºC/m y la
presión de vapor del agua a 25ºC es de 42,2 mm Hg.
Con la información entregada, determine:
a) Fracción Molar de glicerina y agua
b) Presión de vapor del agua en la solución a 25ºC
c) Molalidad de la solución
d) Aumento del punto de ebullición del solvente
e) Descenso del punto de congelamiento del solvente
f) Molaridad de la solución
d) Presión Osmótica de la solución
APLICACIONES
COLIGATIVAS
DE
LAS
PROPIEDADES
Los fenómenos de desecación y liofilización en el
laboratorio se ven favorecidos por la disminución de la
presión de vapor. Si queremos desecar una solución, la
colocamos en un ambiente cerrado al lado de otra
solución que tenga una presión de vapor muy baja (agente
desecante).
Como hay una tendencia a que ambas soluciones se
equilibren, la solución evapora agua que se condensa
sobre el agente desecante o es absorbida por este último.
Si quisiéramos que este proceso sea más rápido se
puede aplicar vacío.
·
Otros ej: Durante el invierno se esparce sal sobre
las carreteras en las latitudes septentrionales, para evitar
la formación de hielo, con sus nefastas consecuencias,
ya que la sal disminuye el punto de fusión de la nieve
fundida (descenso crioscópico).
·
Los químicos orgánicos pueden juzgar la pureza
de un compuesto controlando su punto de fusión, que
será menor que el normal, si contiene impurezas. Esto se
usa en el laboratorio por ejemplo para evaluar la pureza
del ácido acético.
·
•SEPARATA DE EJERCICIOS
DE PROPIEDADES
COLIGATIVAS.
•Whitten: 512- 531
Descargar