Este documento trata sobre las disoluciones y sus propiedades. Explica las unidades de concentración como la molaridad y la fracción molar. Luego describe los fundamentos de la solubilidad y cómo factores como las interacciones soluto-disolvente y la temperatura afectan la solubilidad. Finalmente, detalla las propiedades coligativas de las disoluciones como la disminución de la presión de vapor, el aumento del punto de ebullición y la disminución del punto de congelación.

1. Disoluciones »Unidades de concentración: · Molaridad · Fracción molar · Porcentaje en masa (ppm) · Molalidad » Fundamentos de la solubilidad: · Interacciones soluto-disolvente · Efecto de la Tª · Efecto de la presión » Propiedades coligativas: · Descenso de la presión de vapor · Aumento del punto de ebullición · Descenso del punto de congelación · Presión osmótica · Propiedades coligativas de los electrolitos

2. Unidades de concentración Una disolución es una mezcla homogénea de un soluto (sustancia disuelta que está en menor proporción) distribuido en un disolvente (sustancia que produce la disolución, está en mayor proporción y determina el estado de agregación en el que se encuentra la disolución). Ag-Sn-Hg Amalgama para dientes Cu-Zn Latón amarillo Disoluciones Sólidas H 2 O, CO 2 , sacarosa, y otros Gaseosa H 2 O y ácido acético Vinagre H 2 O, NaCl, y muchos otros Agua de mar Disoluciones Líquidas CH 4 , C 2 H 6 Gas Natural N 2 , O 2 , H 2 y otros Aire Disoluciones gaseosas Componentes Disolución

3. Unidades de concentración Molaridad M= moles de soluto litros de disolución Preparación de disoluciones diluidas a partir de disoluciones más concentradas: nº moles en disoluc. concentrada = nº de moles en disoluc diluida M c V c = M d V d Molalidad m = moles de soluto Kg de disolvente

4. Unidades de concentración Fracción molar: X A = moles de A moles totales  x i = x A +x B +....= 1 % en masa % masa = masa de soluto masa total de disolución ppm = masa de soluto masa total de disolución x 10 6 = % masa x 10 4 Para disoluciones muy diluidas se utilizan: ppm: partes por millón (  g/g, mg/L) ppb: partes por billón (ng/g,  g/L) ppt: partes por trillón (pg/g, ng/L) (Nota: 1.0 L para densidad 1.0 g/mL = 1000 g)

5. Fundamentos de la solubilidad Factores que afectan a la solubilidad: » Interacciones soluto-disolvente » Efecto de la temperatura » Efecto de la presión Interacciones soluto-disolvente - Dos sustancias que tienen el mismo tipo y magnitud de fuerzas intermoleculares serán solubles entre sí. - La solubilidad de las sustancias no polares en agua es muy pequeña, y en general los compuestos orgánicos no son solubles en agua. Sin embargo, existen unos pocos compuestos orgánico solubles en agua como el metanol, etanol y el etilenglicol. Todos ellos poseen grupos –OH en la molécula, observándose un aumento de la solubilidad por interacciones por puentes de H. etanol etilenglicol glicerol

7. Disolución diluida: Una disolución donde puede ser disuelto más cantidad de soluto. Disolución saturada: Una disolución donde no se puede disolver más cantidad de soluto, y se establece un equilibrio entre las moléculas en estado sólido y en disolución. Disolución sobresaturada: Una disolución en la cual se disuelve más soluto que en una disolución saturada. . Fundamentos de la solubilidad Efecto de la temperatura sobre la solubilidad

9. Fundamentos de la solubilidad

10. Disolución de gases en líquidos Fundamentos de la solubilidad  La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la Tª. gas + líquido disolución  H disolución  0

11. Fundamentos de la solubilidad

12. Efecto de la presión sobre la solubilidad Fundamentos de la solubilidad La presión tiene un efecto importante sobre la solubilidad para los sistemas gaseosos. A una Tª determinada, el aumento de presión implica un incremento en la solubilidad del gas en el líquido. C g = k P g Ley de Henry: C g = Concentración del gas en la disolución P g = Presión parcial del gas sobre la disolución La concentración de un gas disuelto en un líquido a determinada temperatura es directamente proporcional a la presión parcial del gas sobre la solución

13. Problema referente a la ley de Henry. ¿cuál será la concentración de O 2 en el agua dulce de un arroyo En equilibrio con el aire a 25ºC y 1 atm? Exprese la respuesta en gramos de O 2 por litro de agua. Para aplicar la ley de Henry es necesario conocer la presión parcial de O 2 en la atmósfera, el valor es 160 mmHg. Cg= k Pg (k=1.66x10 -6 M/mmHg) Cg= 1.66x10 -6 (M/mmHg) x 160 mmHg= 2.66x10 -4 M. Cg en gramos/L = 2.66x10 -4 M x32 g/mol= 8.5x10 -3 g/L. Constantes de la ley de Henry para otros gases en M/mmHg: CO2 =4.48 x10 -5 N2 =8.42 x10 -7

14. Propiedades coligativas Las propiedades de la disolución dependen de la concentración de partículas de soluto, más que de su naturaleza y se denominan propiedades coligativas: - Descenso de la presión de vapor - Presión osmótica - Aumento del punto de ebullición - Descenso del punto de congelación Descenso de la presión de vapor (Ley de Raoult) Al añadir un soluto a un disolvente puro, se produce una disminución de la presión de vapor del disolvente . La relación entre la presión de vapor del disolvente (P A ) sobre la disolución y la concentración de la solución se expresa mediante la ley de Raoult: P A =  A P ° P °= Presión de vapor del disolvente puro.  A= Fracción molar del disolvente

15. P solvente = X solvente · Pº solvente DESCENSO DE LA PRESIÓN DE VAPOR LEY DE RAOULT P solvente : es la PRESIÓN DE VAPOR DEL SOLVENTE SOBRE LA SOLUCIÓN. Pº solvente : es la PRESIÓN DE VAPOR DEL SOLVENTE PURO. X solvente : es la FRACCIÓN MOL DEL SOLVENTE PURO. Para un soluto no volátil no electrolito: Moléculas de solvente Moléculas de soluto no volátil A B

16. Uso de la ley de Raoult. Suponga que 651g de etilenglicol(HOCH 2 CH 2 OH) se disuelven en 1.5Kg de agua,¿ cual será la presión de vapor del agua sobre la solución a 90ºC? En primer lugar calculamos los moles de agua y etilenglicol: 1500g/18(g/mol) =83.2 moles de agua 651g/62.07(g/mol)=10.5 moles de etilenglicol Fracción molar de agua (X)= moles de agua/moles totales Xagua=83.2/83.2+10.5= 0.888 A continuación aplicamos la ley de Raoult: (Pv agua pura a90ºC=525.8mmHg) Pagua = X agua x P agua pura. P agua= 0.888x525.8 mmHg = 467 mmHg  P=525.8-467=59mmHg El etilenglicol se usa como anticongelante en los automoviles

18. Elevación del punto de ebullición » El punto de ebullición de una disolución de solutos no volátiles es mayor que el punto de ebullición del disolvente puro. » Esto se debe a la disminución en la presión de vapor del disolvente sobre la solución (Ley de Raoult). Se deben alcanzar Tª más altas antes de alcanzar el equilibrio de presiones y que hierva la solución , es decir, antes de que su presión de vapor iguale la presión externa.  T e b = T e b -T e b o = k e molalidad donde: T e b es el punto de ebullición de la disolución T e b o es el punto de ebullición del disolvente puro k e b constante molal del punto de ebullición Propiedades coligativas

19. Aumento del punto de ebullición. Una solución preparada con 1,25 g de aceite de menta( salicilato de metilo) En 99,0g de benceno tiene un punto de ebullición de 80,31ºC. Determine la masa molar de este compuesto.( el punto de ebullición del benceno puro=80,10ºC y la k eb =2.53 ºC/m).  T eb =k eb x m por lo tanto  T= 80,31-80,10= 0,21ºC De la ecuación se despeja la molalidad m =  T/K eb = 0.083molal 0.083moles de soluto en 1000g de solvente. Se ocuparon solo 99,0g de solvente, por lo tanto: 0.083moles/1000g x 99,0g = 0.0082 moles de soluto Ahora se conoce la relación moles masa de soluto: 1,25g de soluto equivalen a 0.0082 moles a un mol corresponde la masa Molar Masa molar o peso molecular=150g/mol

20. Descenso del punto de congelación » El punto de congelación de una disolución es menor que el punto de congelación del disolvente puro. » Esto es consecuencia directa de la disminución en la presión de vapor del disolvente por el soluto. El disolvente puro se separa cuando la disolución se congela.  T c = T c o - T c = k c molalidad donde: T c es el punto de congelación de la disolución T c o es el punto de congelación del disolvente puro k c constante molal del punto de congelación Propiedades coligativas

21. Disminución del punto de congelamiento ¿qué masa de etilenglicol se deberá agregar a 5,5 kg de agua para disminuir el punto de congelamiento en 10ºC? ( K c del agua =-1,86ºC/m) Si consideramos la ecuación:  Tc= Kc x m , se despeja molalidad m=  Tc/ Kc =-10ºC/-1.86ºC/m m=5.38 molal como se deben preparar 5.5kg se deben acupar 5.38moles x 5.5kg= 29.6moles de etilenglicol la masa molar del etilenglicol es 62.07g/mol por lo tanto : 29.6 moles x62.07g/mol=1840g de etilenglicol

22. Propiedades coligativas Diagrama de fases:

23. Propiedades coligativas - Líquidos anticongelantes para coches: Disolución de etilenglicol (soluto no volátil con alto punto de ebullición) en agua. Aplicaciones:

24. Propiedades coligativas Evaporación y condensación - Situación experimental: Agua pura Disolución concentrada Disolución diluida Vacío La fuerza motriz responsable del proceso es la presión de vapor de agua en los vasos. El agua se desplaza desde la región en la que su presión de vapor o fracción molar es alta (x 1 = 1 para el agua pura), a otra en la que la presión de vapor o fracción molar es baja (x 1  1 para una disolución de azúcar) tiempo

25. OSMOSIS La ósmosis es el desplazamiento de moléculas del disolvente a través de una membrana semipermeable(tejido vegetal o celofán) desde una región de concentración de soluto más baja hacia otra de concentración más alta. Desde el punto de vista molecular la membrana simipermeable no constituye una barrera para el desplazamiento de las moléculas de agua o de cualquier disolvente simple, de modo que estas se desplazan a través de la membrana en ambos sentidos pero con velocidades distintas, alcanzando un equilibrio final de fuerzas. La presión osmótica es la presión que hay que aplicar para detener la ósmosis desde una muestra de disolvente puro.  =MRTi

26. Propiedades coligativas Presión osmótica El proceso de transferencia de disolvente puro a través de una membrana semipermeable desde una disolución diluida a otra más concentrada, se llama ósmosis.

27. Como consecuencia de la ósmosis el nivel de agua asciende por una de las ramas de la U: La presión osmótica (  ) es la presión requerida para parar el proceso de ósmosis , y es igual a la presión externa (P). »Si P <  , la ósmosis tiene lugar en sentido normal. M – molaridad de la disolución R – Constante de los gases (0.08206 L(atm)/mol(K)) T – Tª en Kelvin Propiedades coligativas π V = nRT π = RT n V = M RT

28. Propiedades coligativas »Si P >  , las moléculas de agua atraviesan la membrana des de la disolución hacia el agua pura. Este proceso se denomina ósmosis inversa , y se utiliza para obtener agua potable a partir de agua de mar. Agua pura Agua de mar Presión

29. Presión osmótica. La presión osmótica a 25ºC de una solución que se preparó disolviendo 2,5g de sacarosa(PM=343g/mol) en suficiente agua para tener 100mL de solución, es1,79 atm. Utilice la formula de la presión osmótica para demostrar que la formula molecular de la sacarosa es igual que la fórmula empírica. M=  /RTi M=1.79atm/0.082L.atm/molK x298Kx1 M=7.32x10 -2 mol/L Masa molar de la sacarosa: 2.5g/100mLx1000ml/L=25.0g/L Ahora conocemos tanto la masa como la concentración molar por lo tanto podemos calcular la masa molar Masa molar=25.0g/L/7.32x10 -2 moles/L=342g/mol Masa F.E=342 por lo tanto FE=FM

30. Las propiedades coligativas están referidas para sustancias tipo “no electrolito”, pero podemos determinar el efecto de la disolución de un soluto de tipo iónico introduciendo un factor de “corrección” en las distintas ecuaciones vistas anteriormente, denominado factor de Van´t Hoff (i). Para las disoluciones acuosa de electrolitos:  T f = 1,86ºC/m x molalidad x i  T e = 0,52ºC/m x molalidad x i  = M x R x T x i Donde i= nº de moles de iones por mol de electrolito . ej: i (NaCl) = 2 i (MgSO 4 ) = 2 i (CaCl 2 ) = 3 Propiedades coligativas de los electrolitos Propiedades coligativas