Este documento presenta información sobre soluciones y sus propiedades. Explica diferentes formas de expresar la concentración de soluciones, así como conceptos como solubilidad, saturación e insolubilidad. También describe propiedades coligativas como abatimiento de punto de ebullición y congelación, y presión osmótica. Finalmente, incluye ejemplos de cálculos relacionados a estas propiedades.

1. Química General I Profesor: Ing. Justo Huayamave N. CAPITULO 5: Soluciones

2. Soluciones y sus propiedades Solubilidad: efecto de temperatura y presión. Formas de expresar la concentración; Tanto por ciento, Molaridad Normalidad Molalidad Fracción-mol Partes por millón (p.p.m.) Clases de soluciones: diluidas y concentradas. saturadas, insaturadas y sobresaturadas; – Contenido

3. Soluciones y sus propiedades Tipos de soluciones: gaseosas, liquidas y sólidos. Naturaleza de las soluciones: solvente y soluto; soluciones moleculares, soluciones iónicas, dispersiones coloidales y las superposiciones. Método de preparación: soluciones sólido-líquido. Métodos de determinación de la concentración de soluciones. – Contenido

4. Soluciones y sus propiedades Propiedades coligativas; Abatimiento de la presión de vapor, Ósmosis y la presión osmótica, Abatimiento del punto de congelación, Elevación del punto de ebullición. Soluciones líquidas en líquidos. La ley de Raoult. Solución gas líquido. Ley de Henry. Coloides: tipos de coloides, coagulación, asociación coloidal. – Contenido

5. Solución o Disolución Mezcla homogénea de dos o mas sustancias. Están formadas por solvente ( disolvente ) y soluto. Solvente: medio en cual se disuelve el soluto y se encuentra en mayor cantidad o porcentaje en la solución.

6. Tipos de soluciones Existen soluciones gaseosas, líquidas y sólidas. Estado de la disolución Estado del disolvente Estado del soluto Ejemplo Gas Gas Gas Aire Líquido Líquido Gas Oxígeno en agua Líquido Líquido Líquido Alcohol en agua Líquido Líquido Sólido Sal en agua Sólido Sólido Gas Hidrógeno en platino Sólido Sólido Líquido Mercurio en plata Sólido Sólido Sólido Plata en oro

7. Proceso de disolución Los procesos proceden hacia una disminución de energía, e incrementando el desorden en el sistema. La facilidad del proceso de disolución depende de dos factores: Cambio de energía (entalpía) exotérmica o endotérmica. Cambio de desorden (entropía) que acompaña al proceso.

8. Fuerzas intervenientes en el proceso de disolución Atracciones soluto-soluto Atracciones disolvente-disolvente. Atracciones disolvente-soluto.

9. Soluciones saturadas Es aquella que se encuentra en equilibrio dinámico con el soluto no disuelto, a una determinada temperatura. Soluto sin disolver Soluto disuelto Velocidad de disolución Velocidad de cristalización

10. Soluciones saturadas Velocidad de cristalización Velocidad de disolución Soluto disuelto Soluto no disuelto

11. Soluciones insaturadas Aquella en la cual la concentración del soluto es menor que en una solución saturada, bajo las mismas condiciones. Exotérmico: reactivos  productos +calor Endotérmico: reactivos +calor  productos Efecto de la temperatura en la solubilidad

12. Efecto de la temperatura en la solubilidad Exotérmico: reactivos  productos+calor Endotérmicos: reactivos+calor  productos

13. Formas de expresar la concentración Porcentaje en masa, Fracción-molar Molaridad Molalidad Normalidad Partes por millón (p.p.m.) Formas cuantitativas La concentración de una solución indica la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de una disolución.

14. Porcentaje en masa Fracción molar

15. Molaridad (M) Molalidad (m)

16. Normalidad (N) Partes por millón (p.p.m.)

17. Ejercicio 1.-Calcule el porcentaje de cloruro de sodio si se disuelven 19.0g de esta sal en suficiente agua para hacer 75g de solución. Solución: 2.-Calcule los gramos de sulfato de potasio que deben disolverse en 350g de H 2 O para tener una disolución al 17% de concentración en masa.

18. Ejercicio 3.-Calcule la molaridad de una solución compuesta por 75.5g de alcohol etílico (C 2 H 5 OH) en 450mL de disolución. Solución:

19. Ejercicio 4.-Calcule la normalidad de una disolución que tiene un volumen de 975mL y en la que están disueltos 8.85g de hidróxido de sodio. Solución:

20. Ejercicio 5.-Calcule la molaridad, molalidad, y normalidad de una solución de nitrato de calcio Ca(NO 3 ) 2 al 25% (densidad de la solución = 1.21g/mL). Solución: De 100g de disolución = 25g Ca(CO 3 ) 2 + 75g H 2 O

21. Solución del ejercicio

22. Propiedades coligativas de las disoluciones Las propiedades físicas que dependen del número de las partículas del soluto en la disolución y no de naturaleza de las partículas del soluto se denominan propiedades coligativas. Abatimiento de la presión de vapor Elevación del punto de ebullición Abatimiento del punto de congelación Presión osmótica

23. Abatimiento de la presión de vapor Ley de Roult La presión de vapor de un disolvente en una solución ideal disminuye al reducir la fracción molar. Matemáticamente se expresa: X disolvente : fracción molar del disolvente en la solución. P° disolvente : presión de vapor del disolvente puro. P disolvente : presión de vapor del disolvente en la solución.

24. Abatimiento de la presión de vapor Ahora: Entonces:

25. Ejercicio 1. 1.-Determine el abatimiento de la presión de vapor a 25° C de una solución acuosa de sacarosa (C 12 H 22 O 11 ) de 1.25m, la presión de vapor del agua pura a 25° C es de 23.8torr. Solución:

26. Elevación del punto de ebullición 1 atm Sólido Líquido Gas Disolvente sólido puro Punto triple del disolvente Disolvente líquido puro Disolución Punto de ebullición de la disolución Punto de ebullición del disolvente Punto de congelación del disolvente Punto de congelación de la disolución Punto triple de la disolución Presión de vapor Δ T f Δ T b Temperatura

27. Elevación del punto de ebullición NOTA: punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor en la superficie es igual a la presión atmosférica. La presión de vapor de un disolvente a una temperatura dada, desciende por la presencia de soluto no volátil. Elevación del punto de ebullición del disolvente Punto de ebullición solución – punto de ebullición del disolvente Constante de proporcionalidad – llamada constante molal del punto de ebullición

28. Constantes del punto de ebullición Disolvente Punto de ebullición °C Kb °C/m Agua 100 0.512 Benceno 80.1 2.53 Ácido acético 118.1 3.07 Nitrobenceno 210.88 5.24 Fenol 1.82 3.56

29. Ejercicio 1. Cual es el punto de ebullición de una solución de sacarosa 1.25m. Punto de ebullición del agua 100°C. Punto de ebullición de la solución:

30. Disminución del punto de congelación El punto de congelación de soluciones de no electrolitos disminuye por la presencia de soluto no electrolito. Punto de congelación del disolvente pero menor punto de congelación de la solución Constante de abatimiento del punto de congelación de una solución de un electrolito no volátil

31. Constantes del descenso del punto de congelación Disolvente Punto de congelación °C Kf °C/m Agua 0 1.86 Benceno 5.48 5.12 Ácido acético 16.6 3.90 Nitrobenceno 5.7 7.00 Fenol 43 7.40

32. Ejercicio. Cuando se disuelven 15.0g de alcohol etílico C 2 H 5 OH, en 750g de ácido fórmico HCOOH, el abatimiento del punto de congelación de la solución es de 7.20° C. el punto de congelación del ácido fórmico es de 8.40° C. evaluar K f para el ácido fórmico.

33. Solución

34. Propiedades coligativas de las disoluciones Ósmosis Presión osmótica

35. Presión osmótica Osmosis: proceso espontáneo por el cual las moléculas del disolvente atraviesan una membrana semipermeable de una solución de menor concentración hacia una solución de mayor concentración de soluto. Membrana semipermeable Presión osmótica

36. Presión osmótica La presión osmótica ( Π ) de una disolución en la que se requiere para detener la ósmosis. La presión osmótica de una disolución esta dada por: M: molaridad de la disolución R: constante universal de los gases (0.082atm L/mol K) T: temperatura absoluta.

37. Disoluciones con dos o mas componentes volátiles Una disolución de componente A y B volátiles entonces: y La presión total según Dalton es la suma de las presiones parciales:

38. EJERCICIO: A 20° C la presión de vapor del benceno (C 6 H 6 ) es de 75torr, y la del tolueno (C 7 H 9 ) es 22torr. a) determine la composición en fracciones molares de una disolución que tiene una presión de vapor de 35 torr a 20° C b) calcule la fracción molar del benceno en el vapor. Solución:

39. EJERCICIO: Solución:

40. EJERCICIO: A 63.5° C, la presión de vapor del agua es de 175 torr, y la del etanol (C 2 H 5 OH), de 400torr. Se prepara una disolución mezclando masas iguales de H 2 O y C 2 H 5 OH. a) calcular la fracción molar del etanol en la disolución. b) suponiendo un comportamiento de disolución ideal, calcule la presión de vapor de la disolución a 63.5° C. c) calcule la fracción molar de etanol en el vapor que esta sobre la disolución. Solución:

41. EJERCICIO: Solución: Masas iguales de agua y etanol: 100g a)

42. EJERCICIO: Solución: b) c)

43. Ejercicio Presión osmótica: Una cantidad de agua se disuelve con 50g de sacarosa y se prepara una solución de sacarosa C 12 H 22 O 11 1.25m. Que presión osmótica se observara en la solución de sacarosa a 25° C? la densidad de esta solución es 1.34g/mL. Solución: Primero se debe determinar el volumen total de la soluci ó n.

44. Ejercicio 1: Presión osmótica: Solución: Recuerde que 167g de soluci ó n contienen 50g de sacarosa y 117g de agua, por lo tanto el volumen de esta soluci ó n es: Con estos datos se procede a calcular la presi ón osmótica.

45. Ejercicio 2: Presión osmótica: La pepsina es un enzima que se encuentra en el aparato digestivo de los seres humanos. Una enzima es una proteína que actúa como catalizador biológico. La pepsina cataliza la ruptura metabólica de cadena de aminoácidos (llamadas cadenas de péptidos) para formar proteínas. Una solución de una muestra de 0.50g de pepsina purificada en 30.0mL solucion tienen presión osmótica de 8.92torr a 27.0° C. Estime el peso molecular de la pepsina. R: 3.5x10 4 g/mol

46. SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOS En la mayoría de los casos la solubilidad de los gases disminuye al incrementar la temperatura Efecto de la presión: William Henry determinó que la solubilidad de un gas aumenta a medida que la presión aumenta

47. LEY DE HENRY