Tema 7Disoluciones
CONTENIDO1.- Definiciones. Formas de expresar la concentración.2.- Concepto de disolución ideal. Ley de Raoult.3.- Magnitu...
1     DEFINICIONES. FORMAS DE EXPRESAR      LA CONCENTRACIÓN.Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias.        ...
• Dependiendo del número de componentes:          * Binaria          * Ternaria          * Cuaternaria            .       ...
Clasificación de las disoluciones líquidas                                           Acuosas   • Dependiendo del disolvent...
La descripción de una disolución implica conocer sus componentes y sus cantidades relativas → concentración.       Formas ...
• Molaridad (M)                                 • Unidades: mol⋅L-1 (molar,M)            ni  Mi =                         ...
2     CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL.        LEY DE RAOULT.   Estudio de los gases: Fácil gracias al modelo del gas ideal.  ...
MODELO DE LA DISOLUCIÓN IDEAL1) Descripción molecular     Disolución en la cual las moléculas de las distintas especies so...
3       MAGNITUDES TERMODINÁMICAS          DE MEZCLA.Magnitud de mezcla: Diferencia entre el valor de la magnituden la dis...
4       DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES.        DIAGRAMAS P-x y T-x.      (1+2)          Disolución ideal de los componentes...
Diagrama P-x             (a T cte, disolución ideal)               Da P1, P2 y PTOT en el equilibrio en función de la     ...
P1   x1 P1*            Lx1 = V         =     PTOT PTOT                       V                     x1 PTOT          (P1* ...
Podemos representar ambas en un mismo diagramaP             Líquido           P1*                                     Diag...
Podemos representar ambas en un mismo diagramaP                 A                                       Disminuimos P a T ...
Diagrama T-x (a P cte)Representamos la temperatura de ebullición de la disolución            en función de la fracción mol...
Aplicación: Destilación                               Destilación simpleComo el vapor es más rico en elcomponente más volá...
Destilación fraccionadaSe construye una columna de destilación donde se producen un grannúmero de condensaciones y revapor...
5      DISOLUCIONES DILUIDAS IDEALES.         LEY DE HENRY.Muchas disoluciones se desvían bastante del modelo de disolució...
2) Descripción fenomenológica      • El disolvente obedece la ley de Raoult: Pi = x iL Pi*      • El soluto obedece la ley...
Diagramas P-x                Acetona + cloroformo
Diagramas P-x                Acetona + cloroformo            Desviaciones negativas             de la ley de Raoult       ...
Diagramas P-x                Acetona + CS2            Desviaciones positivas             de la ley de Raoult        Ocurre...
6      PROPIEDADES COLIGATIVAS.La formación de una disolución tiene consecuencias sobreuna serie de propiedades: propiedad...
6.1. Disminución de la presión de vaporComo el soluto es no volátil, la presión del vapor de la disolución (P)corresponder...
6.2. Aumento ebulloscópico       Consecuencia de ladisminución de la presión de vapor    la temperatura de ebullición     ...
6.3. Descenso crioscópico.La adición del solutoprovoca un descensodel punto de fusión.∆Tf = Tf* − Tf = kf ⋅ m Constante   ...
kf > kebEl descenso crioscópico es más acusado que el aumento ebulloscópico                • Determinación de pesos molecu...
6.4. Presión osmótica.Membrana semipermeable:  Permite que pequeñasmoléculas pasen a su través,   pero las grandes no. Ósm...
Presión osmótica               π =cRT          Ecuación de van’t Hoff               Molaridad                  • Determina...
•    Glóbulos rojos de la sangreDisolución isotónica Disolución hipotónica                               Disoluc. hipertón...
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  1. 1. Tema 7Disoluciones
  2. 2. CONTENIDO1.- Definiciones. Formas de expresar la concentración.2.- Concepto de disolución ideal. Ley de Raoult.3.- Magnitudes termodinámicas de mezcla.4.- Disoluciones binarias ideales. Diagramas P-x y T-x.5.- Disoluciones diluidas ideales. Ley de Henry.6.- Propiedades coligativas.
  3. 3. 1 DEFINICIONES. FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN.Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias. Clasificación de las disoluciones• Dependiendo de la naturaleza de la fase: Sólida Líquida Gaseosa
  4. 4. • Dependiendo del número de componentes: * Binaria * Ternaria * Cuaternaria . . .Disolvente: Componente que está presente en mayor cantidad o que determina el estado de la materia en la que existe una disolución.Solutos: Los restantes componentes.
  5. 5. Clasificación de las disoluciones líquidas Acuosas • Dependiendo del disolvente: No acuosas • Dependiendo del estado del soluto: Soluto sólido Soluto líquido Soluto gaseoso• Dependiendo Electrolíticas: soluto se disocia en iones (ej. sal) (conducen la corriente eléctrica) de la naturaleza No electrolíticas: soluto no se disocia en iones (ej. azúcar) del soluto: (no conducen la corriente eléctrica)
  6. 6. La descripción de una disolución implica conocer sus componentes y sus cantidades relativas → concentración. Formas de expresar la concentración• Fracción molar (x) ni • Representa el tanto por uno en moles de i xi = • Adimensional n Tot • 0 ≤ xi ≤ 1 ; ∑ xi = 1 i• Molalidad (m) ni • Unidades: mol⋅kg-1 (molal,m) mi = kg disolvente • Ventaja: No varía con T
  7. 7. • Molaridad (M) • Unidades: mol⋅L-1 (molar,M) ni Mi = • Desventaja: Varía con T L disolución • Ventaja: Facilidad para medir V• Normalidad (M) • Unidades: equiv⋅L-1 (normal,N) equivalentes (i) Ni = • Desventaja: depende de la reacción L disolución • Uso no recomendado Protones transferidos en rcc. ácido-base equivalentes (i) = ni ⋅ valencia Electrones transferidos en rcc. redox• Porcentaje en peso (% p/p) Partes por millón (ppm) masa soluto masa soluto % peso = ⋅100 ppm = ⋅106 masa disolución masa disolución
  8. 8. 2 CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL. LEY DE RAOULT. Estudio de los gases: Fácil gracias al modelo del gas ideal. • Modelo sencillo para predecir su comportamiento. • Referente para el estudio de gases reales. 1) Descripción fenomenológica: PV = nRT 2) Descripción molecular: • Moléculas puntuales (V despreciable). • No existen interacciones intermoleculares entre ellas.¿No podríamos disponer de un modelo análogo para disoluciones? ¡ Sí !
  9. 9. MODELO DE LA DISOLUCIÓN IDEAL1) Descripción molecular Disolución en la cual las moléculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que las moléculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variación de la estructura espacial de la disolución ni de la energía de las interacciones intermoleculares presentes en la misma.2) Descripción fenomenológica Ley de Raoult Pi = x iL Pi* Presión de vapor del líquido i puroPresión parcial de i en el vapor Fracción molaren equilibrio con la disolución de i en la François Marie Raoult disolución líquida (1830-1901)
  10. 10. 3 MAGNITUDES TERMODINÁMICAS DE MEZCLA.Magnitud de mezcla: Diferencia entre el valor de la magnituden la disolución y la de los componentes puros. Compuestos puros → Disolución ∆YM = Ydisoluc – Y* En el caso de una disolución ideal (T y P ctes)∆VM = 0 no hay cambio de volumen al formarse la disolución, pues no cambia la estructura espacial.∆UM = 0 pues no cambia la energía de las interacciones al formarse.∆HM = 0 no hay calor de mezcla a P cte; ni absorbe ni desprende Q.∆SM > 0 aumenta el desorden.∆GM < 0 formación de la disolución: espontánea.
  11. 11. 4 DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES. DIAGRAMAS P-x y T-x. (1+2) Disolución ideal de los componentes 1 y 2 (ambos volátiles) L Equilibrio L ↔ V (1+2) Disolución Ley de P1 = x1 P1* L V ideal Raoult P2 = x L P2* 2En el vapor, de acuerdo con la ley de Dalton: PTOT = P1 + P2 ; P1 = x1 PTOT V ; P2 = x V PTOT 2Con estas expresiones puedo conocer la composición del vaporsabiendo la del líquido (ambas no tienen por qué ser iguales).
  12. 12. Diagrama P-x (a T cte, disolución ideal) Da P1, P2 y PTOT en el equilibrio en función de la composición del líquido (x1L)P1 = x1 P1* = P1* x1 L L Recta; pendiente = P1*, o.o.= 0P2 = x L P2 = (1 − x1 ) P2 = −P2 x1 + P2 2 * L * * L * Recta; pendiente = -P2*, o.o.= P2* Recta;PTOT = P1 + P2 = P x − P x + P = (P − P ) x + P 1 * L 1 * 2 L 1 * 2 1 * * 2 L 1 * 2 pendiente = P1*-P2* o.o.= P2* Si, p.ej., P PTOT P1* P1* > P2* P1 P2* “Pega”: no nos informa de la composición del P2 vapor (x1V). 0 x1L 1
  13. 13. P1 x1 P1* Lx1 = V = PTOT PTOT V x1 PTOT  (P1* − P2 ) x1  * VPTOT = (P1* − P2 )* + P2 ; 1 − *  PTOT = P2 * P1*  P1* P1* − (P1* − P2 ) x1 * V P1*P2* ⋅ PTOT = P2 ; PTOT = * * P1* P1 − (P1* − P2 ) x1 * V P Curva de P frente a la P1 * composición del vapor (X1V) PTOT P2* 0 x1V 1
  14. 14. Podemos representar ambas en un mismo diagramaP Líquido P1* Diagrama de fases P-x L+V (T = cte)P2 * Vapor 0 x1 1
  15. 15. Podemos representar ambas en un mismo diagramaP A Disminuimos P a T cte de A hasta E B A: disolución líquida C B: empieza a producirse vapor D C: líq + vapor en equilibrio D: Se evapora la última gota de líquido E E: Todo vapor x1 0 x1 x1 L L x1 x1 1 V V
  16. 16. Diagrama T-x (a P cte)Representamos la temperatura de ebullición de la disolución en función de la fracción molar.
  17. 17. Aplicación: Destilación Destilación simpleComo el vapor es más rico en elcomponente más volátil que ellíquido original es posible separarlos 2 componentes de una disoluciónideal por destilaciones sucesivas.
  18. 18. Destilación fraccionadaSe construye una columna de destilación donde se producen un grannúmero de condensaciones y revaporizaciones sucesivas. Destilado (vapor condensado, rico en componente más volátil) Residuo (líquido residual, rico en componente menos volátil)
  19. 19. 5 DISOLUCIONES DILUIDAS IDEALES. LEY DE HENRY.Muchas disoluciones se desvían bastante del modelo de disolución ideal. Por ello resulta útil definir otro modelo:MODELO DE LA DISOLUCIÓN DILUIDA IDEAL1) Descripción molecular Disolución en la cual las moléculas de soluto prácticamente sólo interaccionan con moléculas de disolvente. Es el límite cuando xL(disolvente) → 1 y xL(solutos) → 0 (Sólo aplicable a disoluciones no electrolíticas)
  20. 20. 2) Descripción fenomenológica • El disolvente obedece la ley de Raoult: Pi = x iL Pi* • El soluto obedece la ley de Henry: Pi = k i x iL Constante de la ley de Henry (unidades de P)En condiciones de dilución suficientemente elevada,todas las disoluciones no electrolíticas pasan a serdisoluciones diluidas ideales. William Henry (1775-1836)1803: Estudio de la solubilidad de gases en líquidos a distintas presiones: Ley de Henry.
  21. 21. Diagramas P-x Acetona + cloroformo
  22. 22. Diagramas P-x Acetona + cloroformo Desviaciones negativas de la ley de Raoult Ocurre cuando las interacciones A-B son mayores que las A-A y B-B ∆HM < 0 ∆VM < 0
  23. 23. Diagramas P-x Acetona + CS2 Desviaciones positivas de la ley de Raoult Ocurre cuando las interacciones A-B son menores que las A-A y B-B ∆HM > 0 ∆VM > 0
  24. 24. 6 PROPIEDADES COLIGATIVAS.La formación de una disolución tiene consecuencias sobreuna serie de propiedades: propiedades coligativas. Propiedades que dependen únicamente de la cantidad (concentración) de soluto añadida (moles o moléculasde soluto), pero no de su naturaleza (de qué soluto sea). 1. Disminución de la presión de vapor 2. Aumento de la temperatura de ebullición 3. Descenso de la temperatura de fusión/congelación 4. Presión osmótica Estudiaremos disoluciones diluidas ideales (no electrolíticas) formadas por un disolvente volátil (1) y un soluto no volátil (2).
  25. 25. 6.1. Disminución de la presión de vaporComo el soluto es no volátil, la presión del vapor de la disolución (P)corresponderá a la presión de vapor del disolvente (P1). P = P1 = x1 P1* L (pues el disolvente obedece la ley de Raoult) Como x1 < 1 ⇒ P < P1* L La presión de vapor de la disolución es menor que la del disolvente puro. ¿Cuánto disminuye la presión de vapor al formarse la disolución? ∆P = P1* − P1 = P1* − x1 P1* = P1* (1 − x1 ) = P1* x L L L 2 Aplicación: determinación de pesos moleculares.
  26. 26. 6.2. Aumento ebulloscópico Consecuencia de ladisminución de la presión de vapor la temperatura de ebullición de la disolución es mayor que la del disolvente puro.¿Cuánto? ∆Teb = Teb − Teb* = keb ⋅ m Constante • Propiedad del disolvente (no depende del soluto) ebulloscópica • Unidades: K⋅kg⋅mol-1 Aplicación: determinación de pesos moleculares ⇒ ebulloscopía.
  27. 27. 6.3. Descenso crioscópico.La adición del solutoprovoca un descensodel punto de fusión.∆Tf = Tf* − Tf = kf ⋅ m Constante • Propiedad del disolvente (no depende del soluto)crioscópica • Unidades: K⋅kg⋅mol-1
  28. 28. kf > kebEl descenso crioscópico es más acusado que el aumento ebulloscópico • Determinación de pesos moleculares ⇒ crioscopíaAplicaciones • Anticongelantes, añadir sal a las carreteras, ...
  29. 29. 6.4. Presión osmótica.Membrana semipermeable: Permite que pequeñasmoléculas pasen a su través, pero las grandes no. Ósmosis: Flujo de disolvente a través de una membrana semipermeable hacia el seno de una disolución más concentrada. La presión necesaria para detener el flujo: Presión osmótica (π)
  30. 30. Presión osmótica π =cRT Ecuación de van’t Hoff Molaridad • Determinación de pesos moleculares ⇒ osmometría. (especialmente para moléculas con altos pesos moleculares como, p.ej., macromoléculas biológicas).Aplicaciones • Ósmosis inversa ⇒ desalinización (aplicar a la disolución una presión mayor que la π, provocando un flujo de salida del disolvente).Importancia en los seres vivos: • Paredes celulares actúan como membranas semipermeables: permiten el paso de moléculas pequeñas (agua, moléculas de nutrientes) pero no de grandes (enzimas, proteínas, ...).
  31. 31. • Glóbulos rojos de la sangreDisolución isotónica Disolución hipotónica Disoluc. hipertónica (misma π que los (menor π) (mayor π) fluidos intracelulares (entra agua y puede causar (sale agua: crenación) Suero fisiológi de los glóbulos) la ruptura: hemólisis)

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