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2. Disoluciones




Química (1S, Grado Biología) UAM      2. Disoluciones
Contenidos
•   Tipos de disoluciones
•   Expresiones de la concentración
•   Dilución
•   Propiedades coligativas de las disoluciones
    – Presión de vapor [de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles]
    – Ósmosis: Presión osmótica
    – Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico




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Bibliografía recomendada

• Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S. Harwood,
  F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003).
   – Secciones 4.3, 14.1, 14.2, 14.6, 14.7, 14.8




        Química (1S, Grado Biología) UAM            2. Disoluciones       3
Disoluciones


                                         1) Preparar la cantidad de
                                         soluto apropiada para el
                                         volumen deseado de
                                         disolución

                                         2) Disolver todo el soluto en
                                         un poco de disolvente

                                         3) Enrasar: diluir la mezcla
                                         con más disolvente hasta el
                                         volumen deseado de
                                         disolución

                                         4) Homogenizar




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Disoluciones
                                          Disolvente: componente
                                          mayoritario de la disolución,
                                          que determina si ésta es un
                                          sólido, un líquido o un gas.

                                          Solutos: los demás
                                          componentes de la disolución


                                    Ejemplos:
                                    Disolución de glucosa(sól) en H2O(líq);
                                    glucosa(aq); C6H12O6(aq)

                                    Disolución de metanol(líq) en H2O(líq);
                                    metanol(aq); CH3OH(aq)

                                    Disolución de O2(g) en H2O(líq)
                                    [respiración de peces]

                                    Disolución acuosa de NaCl, KCl, CaCl2 y
                                    C6H12O6
                                    [un suero fisiológico]




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Expresión de la
                                    concentración



Química (1S, Grado Biología) UAM             2. Disoluciones
Disoluciones: expresiones más frecuentes de la
                        concentración
•   Porcentaje en masa, % en masa                              (o porcentaje, sin más)
    – Def.: Unidades de masa de soluto presentes en 100 unidades de masa de
      disolución
    –   Unidades: no tiene; expresión: % en masa;
                     tiene;                                    ejemplo: glucosa(aq) 2,0% masa
                                                                        glucosa(aq)
                                     masa de soluto S1
                   % masa (de S1 ) =                    ×100%
                                     masa de disolución

•   Molaridad, M
    Molaridad                                                  (o concentración molar)
    – Def.: Número de moles de soluto presentes en un litro de disolución
    –   Unidades: mol/l;
                  mol/l;     expresión: M;                     ejemplo: glucosa(aq) 0,25 M
                                                                        glucosa(aq)
                                         moles de soluto S1
                molaridad (de S1 ) =
                                        litros de disolución

•   Molalidad, m                                               (o concentración molal)
    – Def.: Número de moles de soluto presentes por cada kg de disolvente
    –   Unidades: mol/kg;
                  mol/kg;    expresión: m;                     ejemplo: glucosa(aq) 0,10 m
                                                                        glucosa(aq)
                                        moles de soluto S1             [¿Cuál de esas tres disoluciones
                 molalidad (de S1 ) =                                            es más concentrada?]
                                         kg de disolvente
                                                                                [Lectura: Petrucci 14.2]
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Disoluciones: expresiones de la concentración
Ejemplos:
  ¿Cuántos gramos de glucosa hay en 250 ml de una disolución acuosa de glucosa del
  2,0% en masa que tiene una densidad de 1,02 g/ml?

                           1,02 g dsln 2,0 g glucosa
             250 ml dsln ⋅            ⋅              = 5,1 g glucosa
                            1 ml dsln   100 g dsln

 ¿Qué volumen de una disolución acuosa de glucosa del 2,0% en masa de densidad
 1,02 g/ml contiene 5,1 g de glucosa?

                                  100 g dsln    1 ml dsln
             5,1 g glucosa ⋅                  ⋅            = 250 ml dsln
                                 2,0 g glucosa 1,02 g dsln




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Disoluciones: expresiones de la concentración
Ejemplos:
  ¿Cuántos gramos de glucosa hay en 250 ml de una disolución de glucosa(aq) 0,25 M?


                      0,25 mol glucosa 180,16 g glucosa
        250 ml dsln ⋅                 ⋅                 =11 g glucosa
                        1000 ml dsln    1 mol glucosa

 ¿Qué volumen de una disolución de glucosa(aq) 0,25 M contiene 5,1 g de glucosa?


                           1 mol glucosa     1000 ml dsln
       5,1 g glucosa ⋅                    ⋅                 =110 ml dsln
                          180,16 g glucosa 0,25 mol glucosa




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Disoluciones: expresiones de la concentración
Ejemplos:
  ¿Cuántos gramos de glucosa hay en 250 ml de una disolución de glucosa(aq) 0,10 m
  que tiene una densidad de 1,02 g/ml?
  1) Calculamos el factor de conversión entre masas de soluto y de disolución, usando
  como referencia una cantidad de disolución que contenga 1kg de disolvente:
                     180,16 g glucosa                               18 g glucosa
  0,10 mol glucosa ⋅                  =18 g glucosa
                      1 mol glucosa                                 1018 g dsln
  2) Operamos como en los casos anteriores

                               1,02 g dsln 18 g glucosa
             250 ml dsln ⋅                ⋅             = 4,5 g glucosa
                                1 ml dsln 1018 g dsln
 ¿Qué volumen de una disolución de glucosa(aq) 0,10 m de densidad 1,02 g/ml
 contiene 5,1 g de glucosa?

                                 1018 g dsln 1 ml dsln
              5,1 g glucosa ⋅                ⋅            = 280 ml dsln
                                 18 g glucosa 1,02 g dsln
                                                        [¿Cuál de aquellas tres disoluciones
                                                                    era más concentrada?]
         Química (1S, Grado Biología) UAM                         2. Disoluciones         10
Disoluciones: otras expresiones de la concentración

•   Fracción molar, x
    – Def.: tanto por 1 de moles de soluto
    –   Unidades: no tiene; expresión: x=...;
                     tiene;            x=...;            ejemplo: glucosa(aq) x=0.012
                                                                  glucosa(aq) x=0.012

                                           moles de S1
               x (de S1 ) =
                              suma de moles de todos los componentes

•   Porcentaje en volumen, % en volumen
                  volumen
    – Def.: unidades de volumen de soluto presentes en 100 unidades de
      volumen de disolución
    –   Unidades: no tiene; expresión: % vol;
                                         vol;            ejemplo: etanol(aq) 0,5 % vol
                                                                  etanol(aq)

                                         volumen de soluto S1
               % volumen (de S1 ) =                           ×100%
                                        volumen de disolución




                                                                          [Lectura: Petrucci 14.2]
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Esquema de conversión entre las unidades de
         concentración más importantes

                      % peso
    g disln                                 g soluto                 g disolvente


                                                Pm(soluto)                    Pm(dsvte)

                                                             molalidad
                    fracciones
                     molares
  mol disln                                mol soluto             mol disolvente

densidad (dsln)

                              Molaridad

                                                                         m
    L disln                                                      x                d       M
                                                                      % peso


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Dilución




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Dilución
       Es muy frecuente preparar disoluciones a partir de otras disoluciones preparadas
       previamente, y de concentración conocida, por dilución.

•   En un proceso de dilución se conserva el número de moles de soluto
     moles de soluto en la disolución inicial = moles de soluto en la disolución final
                                     Vinicial M inicial = Vfinal M final




                                                   dilución




                                                                              [Lectura: Petrucci 4.3]
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Dilución
Ejemplo:
  ¿Qué volumen de una disolución de glucosa(aq) 0,25 M se necesita para preparar
  750 ml de otra disolución 0,013 M por dilución?
  a) Podemos despejar la fórmula:
                     Vfinal M final                    750 ml×0,013 M
        Vinicial =                          Vinicial =                =39 ml dsln inicial
                      Minicial                             0,25 M
  b) O podemos utilizar factores de conversión

                           0,013 mol glucosa 1000 ml dsln inicial
  750 ml dsln final ⋅                        ⋅                    = 39 ml dsln inicial
                           1000 ml dsln final 0,25 mol glucosa




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Dilución
Ejemplo:
  ¿Que concentración tiene la disolución resultante de diluir 39 ml de disolución de
  glucosa(aq) 0,25 M hasta 750 ml?
  a) Podemos despejar la fórmula:
                    Vinicial Minical             39 ml×0,25 M
        M final =                           M=                = 0,013 M
                        Vfinal                      750 ml
  b) O podemos utilizar factores de conversión

                           0,25 mol glucosa
      39 ml dsln inicial ⋅
                         1000 ml dsln inicial = 0,013 mol glucosa = 0,013 M
                                   1l                 l dsln final
             750 ml dsln final ⋅
                                 1000 ml




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Propiedades
                                    coligativas



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Propiedades coligativas de las disoluciones

•   Propiedades coligativas

    – Aquellas propiedades de las disoluciones que no dependen de la
      naturaleza del soluto (o solutos), sino solamente de la concentración de
      partículas en disolución
       •   Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles
       •   Presión osmótica
       •   Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico

    – Si un soluto se disocia al disolverse, la concentración que determina las
      propiedades coligativas es la de todas las especies presentes en la
      disolución
                                          disolvente
                    Soluto AB(s)                 →   A(dis) + B(dis)
        concentración relevante = concentración de A(dis) + concentración de B(dis)




                                                                           [Lectura: Petrucci 14.6-8]
           Química (1S, Grado Biología) UAM                                2. Disoluciones         18
Presión de vapor

•    Presión de vapor de una sustancia a una T dada
     – Presión que tiene el vapor de dicha sustancia cuando está en equilibrio
       con la misma sustancia líquida (o sólida) a esa temperatura

•    Presión de vapor de una disolución a una T dada
     – Presión que tiene el vapor formado por los componentes volátiles de dicha
       disolución cuando está en equilibrio con la disolución a esa temperatura

                                 P ,T
                                  1                    P2 , T

              vapor:            D(gas)                 D(gas)

             líquido:            D(líq)                                D+soluto(líq)

    Presión de vapor:     de un disolvente      de una disolución de D
                              D puro             y solutos no volátiles
                              Pv0D = P
                                ,     1               Pv ,disln = P2
                                                                             [Lectura: Petrucci 14.6]
             Química (1S, Grado Biología) UAM                               2. Disoluciones        19
Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil
                 y solutos no volátiles
                                                                             Pv0D
                                                                               ,
Disminuye proporcionalmente a
la fracción molar del disolvente       Pv ,disln = xD Pv0D
                                                        ,
                                                                             Pv ,disln
                                       (Ley de Raoult)


                                                                                         0         xD                        1
                                P ,T                         P2 , T




                                                                                                        disolución diluida

                                                                                                                             disolvente puro
                                 1



              vapor:           D(gas)                     D(gas)

             líquido:           D(líq)                                    D+soluto(líq)

  Presión de vapor:      de un disolvente        de una disolución de D
                             D puro               y solutos no volátiles
                             Pv0D = P
                               ,     1                   Pv ,disln = P2
                                                                                   [Lectura: Petrucci 14.6]
            Química (1S, Grado Biología) UAM                                     2. Disoluciones                                               20
Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil
                 y solutos no volátiles
                           P = Pv0D ; T
                            1    ,                        P2 = Pv ,disolución ; T



                                                                                        Pv ,disolución < Pv0
                                                                                                           ,D




   Disolvente puro: Todas las moléculas en la        Disolución: Menos moléculas en la superficie
     superficie del líquido tienden a evaporarse.    del líquido tienden a evaporarse. Con una
  Hacen falta una presión del gas relativamente      presión de gas menor que la anterior ya
   alta para que muchas moléculas en el gas se       hay suficientes moléculas en el gas para
         condensen y compensen esa tendencia,        compensar esa tendencia por condensación y
                       alcanzándose el equilibrio.   alcanzar el equilibrio.


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Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil
                 y solutos no volátiles
 Ejemplo:
   A 20ºC, la presión de vapor del agua pura es 17,54 mm Hg (o Torr).
   ¿Qué presión de vapor se espera para una disolución acuosa de glucosa formada
   por 0,13 mol glucosa y 2,84 mol H2O?

   1) Necesitamos la fracción molar del agua:
                    nH 2O            2,84      2,84
         xH 2O =              =              =      = 0,956229   resultado intermedio: no
                                                                 redondeamos todavía
                   nTotales       2,84 + 0,13 2,97
   2) Aplicamos la ley de Raoult:
                           2,84
             Pv ,disln =        ×17,54 mm Hg = 16,8 mm Hg
                           2,97




          Química (1S, Grado Biología) UAM                          2. Disoluciones         22
Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil
                 y solutos no volátiles
 Ejemplo:
   A 20ºC, la presión de vapor del agua pura es 17,54 mm Hg (o Torr).
   ¿Cuántos moles de glucosa hay que añadir a 2,84 mol H2O para que la presión de
   vapor de la disolución sea 16,8 mm Hg?

   1) Usamos la ley de Raoult para determinar la fracción molar de agua en la
   disolución:
                     Pv ,disln      16,8 mm Hg
          xH 2 O =     0         =             = 0,957811                     resultado intermedio: no
                     P                                                        redondeamos todavía
                      v , H 2O     17,54 mm Hg
   2) Despejamos los moles de glucosa:

                     nH 2O                         1 − xH 2O                1 − 0,957811
      xH 2O =                    ; ngluc = nH 2O               = 2,84 mol                = 0,125 mol
                nH 2O + ngluc                        xH 2 O                   0,957811




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Ósmosis: Presión osmótica de una disolución
                      P
                                  Ósmosis: A igualdad de presión a ambos lados de la
                                  membrana (que sólo es permeable al agua), en la unidad
                                  de tiempo chocan más moléculas de H2O por la parte del
                                  disolvente que por la parte de la disolución (porque la
                                  “concentración” de H2O es menor): no hay equilibro y
                                  entran a la disolución más moléculas que salen,
                                  produciendo dilución. La presión sobre la membrana en la
                                  disolución va aumentando y con ella la frecuencia de
                                  choques, hasta que ésta se iguala con la del lado del
                                  disolvente. En esa situación de equilibrio, la diferencia de
 H2O+soluto
                                  presiones se llama presión osmótica,      π.
  membrana         P +π                                π V = n RT
semipermeable                     P
                                                                       moles de solutos disueltos

                          P                            π = M RT = [solutos ] RT
       H2O


                                                                        [Lectura: Petrucci 14.7]
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Ósmosis: Presión osmótica de una disolución

                   Las mismas células al microscopio ...

              en agua dulce                               en agua salada




    Imágenes originales:   http://podcast.nhart.org/groups/7thgradescience/weblog/42420/
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Ósmosis: Presión osmótica de una disolución
Ejemplo:
  A 37ºC, ¿cuál es la presión osmótica (en atm) de una disolución resultante de
  disolver 0,10 mol de glucosa en agua hasta formar 250 ml de disolución?

  1) Necesitamos la molaridad de la glucosa:
        0,10 mol glucosa 1000 ml
                          ×      = 0, 40 M
        250 ml disolución   1l
  2) Utilizamos la ley de la presión osmótica:
                               mol            atm l
        π = M RT = 0, 40           × 0, 08206       × (273 + 37) K = 10 atm
                                l             K mol
                                                            ¡Las presiones osmóticas de
                                                            las células pueden llegar a
                                                            ser muy grandes!




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Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico
  P                          disolvente D
                                                                                 constante
             disolución                                                        ebulloscópica
                                        líq
                                                                               del disolvente
                                                                                                     molalidad

1 atm
                                                               Te,dsln − Te,D = ∆Te = K e,D m
              sól
                                                              T f ,dsln − T f ,D = ∆T f = − K f ,D m
                                          gas
                                                                                 constante
                                                                                crioscópica
                                                                               del disolvente

                    T f ,disln T f ,D         Te,D Te,disln      T             K e , K f [ = ] º C m −1 = K m −1
                                                                              grados (K o ºC) que sube/baja
          descenso                                       aumento              el punto de ebullición/fusión
        crioscópico
                         ∆T f                      ∆Te   ebulloscópico        por cada incremento de
                                                                              concentración de 1m
                Química (1S, Grado Biología) UAM                                  2. Disoluciones                  27
Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico
Ejemplo:
  El punto de fusión (temperatura de fusión a la presión de 1 atm) del agua pura es
  0ºC (exactos) y el de una disolución acuosa de glucosa de concentración
  0,427 m es -0,794ºC.
  a) ¿Cuánto vale la constante crioscópica del agua?
  b) ¿Qué punto de fusión se espera para una disolución formada al disolver
  0,143 mol glucosa en 500,00 g H2O?
                          ∆T f        (−0, 794 − 0) º C
  a)     K f , H 2O = −          =−                     = 1,86 º C / m
                           m             0, 427 m

  b) Necesitamos la molalidad:
        0,143 mol glucosa 1000 g 0, 286 mol glucosa
                         ×      =                   = 0, 286 m
          500, 00 g H 2O   1 kg       1 kg H 2O

          ∆T f = − K f , H 2O m = −1,86 º C / m × 0, 286 m = −0,532 º C

               T f = T f , H 2O + ∆T f = 0º C − 0,532 º C = −0,532 º C
          Química (1S, Grado Biología) UAM                               2. Disoluciones   28
Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico
Ejemplo:
  El punto de fusión del fenol es 43,0ºC y su constante crioscópica 7,27 ºC m-1.
  Se disuelven 0,23 mol de una sustancia A en 800,00 g de fenol y se sabe que
  las moléculas de esa sustancia se disocian en dos (A→2B) al disolverse en
  fenol.
  a) ¿Qué punto de fusión se espera para dicha disolución?

  1) Necesitamos la molalidad de las especies presentes en la disolución

         0, 23 mol A     2 mol soluto 0,575 mol soluto
                       ×             =                 = 0,575 m
      0,80000 kg fenol     1 mol A       1 kg fenol
  2) Usamos la ley del descenso crioscópico:

           ∆T f = − K f ,fenol m = −7, 27 º C / m × 0,575 m = −4, 2 º C

             T f = T f ,fenol + ∆T f = 43, 0º C − 4, 2 º C = 38,8 º C



         Química (1S, Grado Biología) UAM                               2. Disoluciones   29

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  • 1. 2. Disoluciones Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones
  • 2. Contenidos • Tipos de disoluciones • Expresiones de la concentración • Dilución • Propiedades coligativas de las disoluciones – Presión de vapor [de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles] – Ósmosis: Presión osmótica – Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 2
  • 3. Bibliografía recomendada • Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S. Harwood, F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003). – Secciones 4.3, 14.1, 14.2, 14.6, 14.7, 14.8 Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 3
  • 4. Disoluciones 1) Preparar la cantidad de soluto apropiada para el volumen deseado de disolución 2) Disolver todo el soluto en un poco de disolvente 3) Enrasar: diluir la mezcla con más disolvente hasta el volumen deseado de disolución 4) Homogenizar Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 4
  • 5. Disoluciones Disolvente: componente mayoritario de la disolución, que determina si ésta es un sólido, un líquido o un gas. Solutos: los demás componentes de la disolución Ejemplos: Disolución de glucosa(sól) en H2O(líq); glucosa(aq); C6H12O6(aq) Disolución de metanol(líq) en H2O(líq); metanol(aq); CH3OH(aq) Disolución de O2(g) en H2O(líq) [respiración de peces] Disolución acuosa de NaCl, KCl, CaCl2 y C6H12O6 [un suero fisiológico] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 5
  • 6. Expresión de la concentración Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones
  • 7. Disoluciones: expresiones más frecuentes de la concentración • Porcentaje en masa, % en masa (o porcentaje, sin más) – Def.: Unidades de masa de soluto presentes en 100 unidades de masa de disolución – Unidades: no tiene; expresión: % en masa; tiene; ejemplo: glucosa(aq) 2,0% masa glucosa(aq) masa de soluto S1 % masa (de S1 ) = ×100% masa de disolución • Molaridad, M Molaridad (o concentración molar) – Def.: Número de moles de soluto presentes en un litro de disolución – Unidades: mol/l; mol/l; expresión: M; ejemplo: glucosa(aq) 0,25 M glucosa(aq) moles de soluto S1 molaridad (de S1 ) = litros de disolución • Molalidad, m (o concentración molal) – Def.: Número de moles de soluto presentes por cada kg de disolvente – Unidades: mol/kg; mol/kg; expresión: m; ejemplo: glucosa(aq) 0,10 m glucosa(aq) moles de soluto S1 [¿Cuál de esas tres disoluciones molalidad (de S1 ) = es más concentrada?] kg de disolvente [Lectura: Petrucci 14.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 7
  • 8. Disoluciones: expresiones de la concentración Ejemplos: ¿Cuántos gramos de glucosa hay en 250 ml de una disolución acuosa de glucosa del 2,0% en masa que tiene una densidad de 1,02 g/ml? 1,02 g dsln 2,0 g glucosa 250 ml dsln ⋅ ⋅ = 5,1 g glucosa 1 ml dsln 100 g dsln ¿Qué volumen de una disolución acuosa de glucosa del 2,0% en masa de densidad 1,02 g/ml contiene 5,1 g de glucosa? 100 g dsln 1 ml dsln 5,1 g glucosa ⋅ ⋅ = 250 ml dsln 2,0 g glucosa 1,02 g dsln Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 8
  • 9. Disoluciones: expresiones de la concentración Ejemplos: ¿Cuántos gramos de glucosa hay en 250 ml de una disolución de glucosa(aq) 0,25 M? 0,25 mol glucosa 180,16 g glucosa 250 ml dsln ⋅ ⋅ =11 g glucosa 1000 ml dsln 1 mol glucosa ¿Qué volumen de una disolución de glucosa(aq) 0,25 M contiene 5,1 g de glucosa? 1 mol glucosa 1000 ml dsln 5,1 g glucosa ⋅ ⋅ =110 ml dsln 180,16 g glucosa 0,25 mol glucosa Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 9
  • 10. Disoluciones: expresiones de la concentración Ejemplos: ¿Cuántos gramos de glucosa hay en 250 ml de una disolución de glucosa(aq) 0,10 m que tiene una densidad de 1,02 g/ml? 1) Calculamos el factor de conversión entre masas de soluto y de disolución, usando como referencia una cantidad de disolución que contenga 1kg de disolvente: 180,16 g glucosa 18 g glucosa 0,10 mol glucosa ⋅ =18 g glucosa 1 mol glucosa 1018 g dsln 2) Operamos como en los casos anteriores 1,02 g dsln 18 g glucosa 250 ml dsln ⋅ ⋅ = 4,5 g glucosa 1 ml dsln 1018 g dsln ¿Qué volumen de una disolución de glucosa(aq) 0,10 m de densidad 1,02 g/ml contiene 5,1 g de glucosa? 1018 g dsln 1 ml dsln 5,1 g glucosa ⋅ ⋅ = 280 ml dsln 18 g glucosa 1,02 g dsln [¿Cuál de aquellas tres disoluciones era más concentrada?] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 10
  • 11. Disoluciones: otras expresiones de la concentración • Fracción molar, x – Def.: tanto por 1 de moles de soluto – Unidades: no tiene; expresión: x=...; tiene; x=...; ejemplo: glucosa(aq) x=0.012 glucosa(aq) x=0.012 moles de S1 x (de S1 ) = suma de moles de todos los componentes • Porcentaje en volumen, % en volumen volumen – Def.: unidades de volumen de soluto presentes en 100 unidades de volumen de disolución – Unidades: no tiene; expresión: % vol; vol; ejemplo: etanol(aq) 0,5 % vol etanol(aq) volumen de soluto S1 % volumen (de S1 ) = ×100% volumen de disolución [Lectura: Petrucci 14.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 11
  • 12. Esquema de conversión entre las unidades de concentración más importantes % peso g disln g soluto g disolvente Pm(soluto) Pm(dsvte) molalidad fracciones molares mol disln mol soluto mol disolvente densidad (dsln) Molaridad m L disln x d M % peso Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 12
  • 13. Dilución Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones
  • 14. Dilución Es muy frecuente preparar disoluciones a partir de otras disoluciones preparadas previamente, y de concentración conocida, por dilución. • En un proceso de dilución se conserva el número de moles de soluto moles de soluto en la disolución inicial = moles de soluto en la disolución final Vinicial M inicial = Vfinal M final dilución [Lectura: Petrucci 4.3] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 14
  • 15. Dilución Ejemplo: ¿Qué volumen de una disolución de glucosa(aq) 0,25 M se necesita para preparar 750 ml de otra disolución 0,013 M por dilución? a) Podemos despejar la fórmula: Vfinal M final 750 ml×0,013 M Vinicial = Vinicial = =39 ml dsln inicial Minicial 0,25 M b) O podemos utilizar factores de conversión 0,013 mol glucosa 1000 ml dsln inicial 750 ml dsln final ⋅ ⋅ = 39 ml dsln inicial 1000 ml dsln final 0,25 mol glucosa Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 15
  • 16. Dilución Ejemplo: ¿Que concentración tiene la disolución resultante de diluir 39 ml de disolución de glucosa(aq) 0,25 M hasta 750 ml? a) Podemos despejar la fórmula: Vinicial Minical 39 ml×0,25 M M final = M= = 0,013 M Vfinal 750 ml b) O podemos utilizar factores de conversión 0,25 mol glucosa 39 ml dsln inicial ⋅ 1000 ml dsln inicial = 0,013 mol glucosa = 0,013 M 1l l dsln final 750 ml dsln final ⋅ 1000 ml Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 16
  • 17. Propiedades coligativas Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones
  • 18. Propiedades coligativas de las disoluciones • Propiedades coligativas – Aquellas propiedades de las disoluciones que no dependen de la naturaleza del soluto (o solutos), sino solamente de la concentración de partículas en disolución • Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles • Presión osmótica • Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico – Si un soluto se disocia al disolverse, la concentración que determina las propiedades coligativas es la de todas las especies presentes en la disolución disolvente Soluto AB(s)  → A(dis) + B(dis) concentración relevante = concentración de A(dis) + concentración de B(dis) [Lectura: Petrucci 14.6-8] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 18
  • 19. Presión de vapor • Presión de vapor de una sustancia a una T dada – Presión que tiene el vapor de dicha sustancia cuando está en equilibrio con la misma sustancia líquida (o sólida) a esa temperatura • Presión de vapor de una disolución a una T dada – Presión que tiene el vapor formado por los componentes volátiles de dicha disolución cuando está en equilibrio con la disolución a esa temperatura P ,T 1 P2 , T vapor: D(gas) D(gas) líquido: D(líq) D+soluto(líq) Presión de vapor: de un disolvente de una disolución de D D puro y solutos no volátiles Pv0D = P , 1 Pv ,disln = P2 [Lectura: Petrucci 14.6] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 19
  • 20. Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles Pv0D , Disminuye proporcionalmente a la fracción molar del disolvente Pv ,disln = xD Pv0D , Pv ,disln (Ley de Raoult) 0 xD 1 P ,T P2 , T disolución diluida disolvente puro 1 vapor: D(gas) D(gas) líquido: D(líq) D+soluto(líq) Presión de vapor: de un disolvente de una disolución de D D puro y solutos no volátiles Pv0D = P , 1 Pv ,disln = P2 [Lectura: Petrucci 14.6] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 20
  • 21. Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles P = Pv0D ; T 1 , P2 = Pv ,disolución ; T Pv ,disolución < Pv0 ,D Disolvente puro: Todas las moléculas en la Disolución: Menos moléculas en la superficie superficie del líquido tienden a evaporarse. del líquido tienden a evaporarse. Con una Hacen falta una presión del gas relativamente presión de gas menor que la anterior ya alta para que muchas moléculas en el gas se hay suficientes moléculas en el gas para condensen y compensen esa tendencia, compensar esa tendencia por condensación y alcanzándose el equilibrio. alcanzar el equilibrio. Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 21
  • 22. Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles Ejemplo: A 20ºC, la presión de vapor del agua pura es 17,54 mm Hg (o Torr). ¿Qué presión de vapor se espera para una disolución acuosa de glucosa formada por 0,13 mol glucosa y 2,84 mol H2O? 1) Necesitamos la fracción molar del agua: nH 2O 2,84 2,84 xH 2O = = = = 0,956229 resultado intermedio: no redondeamos todavía nTotales 2,84 + 0,13 2,97 2) Aplicamos la ley de Raoult: 2,84 Pv ,disln = ×17,54 mm Hg = 16,8 mm Hg 2,97 Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 22
  • 23. Presión de vapor de una disolución de disolvente volátil y solutos no volátiles Ejemplo: A 20ºC, la presión de vapor del agua pura es 17,54 mm Hg (o Torr). ¿Cuántos moles de glucosa hay que añadir a 2,84 mol H2O para que la presión de vapor de la disolución sea 16,8 mm Hg? 1) Usamos la ley de Raoult para determinar la fracción molar de agua en la disolución: Pv ,disln 16,8 mm Hg xH 2 O = 0 = = 0,957811 resultado intermedio: no P redondeamos todavía v , H 2O 17,54 mm Hg 2) Despejamos los moles de glucosa: nH 2O 1 − xH 2O 1 − 0,957811 xH 2O = ; ngluc = nH 2O = 2,84 mol = 0,125 mol nH 2O + ngluc xH 2 O 0,957811 Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 23
  • 24. Ósmosis: Presión osmótica de una disolución P Ósmosis: A igualdad de presión a ambos lados de la membrana (que sólo es permeable al agua), en la unidad de tiempo chocan más moléculas de H2O por la parte del disolvente que por la parte de la disolución (porque la “concentración” de H2O es menor): no hay equilibro y entran a la disolución más moléculas que salen, produciendo dilución. La presión sobre la membrana en la disolución va aumentando y con ella la frecuencia de choques, hasta que ésta se iguala con la del lado del disolvente. En esa situación de equilibrio, la diferencia de H2O+soluto presiones se llama presión osmótica, π. membrana P +π π V = n RT semipermeable P moles de solutos disueltos P π = M RT = [solutos ] RT H2O [Lectura: Petrucci 14.7] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 24
  • 25. Ósmosis: Presión osmótica de una disolución Las mismas células al microscopio ... en agua dulce en agua salada Imágenes originales: http://podcast.nhart.org/groups/7thgradescience/weblog/42420/ Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 25
  • 26. Ósmosis: Presión osmótica de una disolución Ejemplo: A 37ºC, ¿cuál es la presión osmótica (en atm) de una disolución resultante de disolver 0,10 mol de glucosa en agua hasta formar 250 ml de disolución? 1) Necesitamos la molaridad de la glucosa: 0,10 mol glucosa 1000 ml × = 0, 40 M 250 ml disolución 1l 2) Utilizamos la ley de la presión osmótica: mol atm l π = M RT = 0, 40 × 0, 08206 × (273 + 37) K = 10 atm l K mol ¡Las presiones osmóticas de las células pueden llegar a ser muy grandes! Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 26
  • 27. Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico P disolvente D constante disolución ebulloscópica líq del disolvente molalidad 1 atm Te,dsln − Te,D = ∆Te = K e,D m sól T f ,dsln − T f ,D = ∆T f = − K f ,D m gas constante crioscópica del disolvente T f ,disln T f ,D Te,D Te,disln T K e , K f [ = ] º C m −1 = K m −1 grados (K o ºC) que sube/baja descenso aumento el punto de ebullición/fusión crioscópico ∆T f ∆Te ebulloscópico por cada incremento de concentración de 1m Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 27
  • 28. Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico Ejemplo: El punto de fusión (temperatura de fusión a la presión de 1 atm) del agua pura es 0ºC (exactos) y el de una disolución acuosa de glucosa de concentración 0,427 m es -0,794ºC. a) ¿Cuánto vale la constante crioscópica del agua? b) ¿Qué punto de fusión se espera para una disolución formada al disolver 0,143 mol glucosa en 500,00 g H2O? ∆T f (−0, 794 − 0) º C a) K f , H 2O = − =− = 1,86 º C / m m 0, 427 m b) Necesitamos la molalidad: 0,143 mol glucosa 1000 g 0, 286 mol glucosa × = = 0, 286 m 500, 00 g H 2O 1 kg 1 kg H 2O ∆T f = − K f , H 2O m = −1,86 º C / m × 0, 286 m = −0,532 º C T f = T f , H 2O + ∆T f = 0º C − 0,532 º C = −0,532 º C Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 28
  • 29. Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico Ejemplo: El punto de fusión del fenol es 43,0ºC y su constante crioscópica 7,27 ºC m-1. Se disuelven 0,23 mol de una sustancia A en 800,00 g de fenol y se sabe que las moléculas de esa sustancia se disocian en dos (A→2B) al disolverse en fenol. a) ¿Qué punto de fusión se espera para dicha disolución? 1) Necesitamos la molalidad de las especies presentes en la disolución 0, 23 mol A 2 mol soluto 0,575 mol soluto × = = 0,575 m 0,80000 kg fenol 1 mol A 1 kg fenol 2) Usamos la ley del descenso crioscópico: ∆T f = − K f ,fenol m = −7, 27 º C / m × 0,575 m = −4, 2 º C T f = T f ,fenol + ∆T f = 43, 0º C − 4, 2 º C = 38,8 º C Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 29