Presentación para tratar el tema de las disoluciones en 1º Bachillerato. En ella se trata el concepto de disolución, soluto, disolvente, solvatación, concentración, solubilidad, propiedades coligativas y preparación de disoluciones.
5. CONCENTRACIÓN DE UNACONCENTRACIÓN DE UNA
DISOLUCIÓNDISOLUCIÓN
Las cantidades de los componentes de
una disolución son variables.
CONCENTRACIÓNCONCENTRACIÓN: Magnitud que mide
la cantidad de soluto en relación a la
cantidad de disolvente o de disolución.
cantidad de soluto
cantidad de disolvente o de disolución
CONCENTRACIÓN =
6. DISOLUCIONES SEGÚN LA CANTIDADDISOLUCIONES SEGÚN LA CANTIDAD
DE DISOLVENTEDE DISOLVENTE
● DILUÍDA: Con muy poco soluto en relación al
disolvente.
● CONCENTRADA: Con una elevada cantidad
de soluto en relación al disolvente.
● SATURADA: La que contiene la máxima
cantidad de soluto posible.
● SOBRESATURADA: La que se obtiene
saturando la disolución a alta temperatura y
luego enfriando cuidadosamente.
7. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓNCÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN
PORCENTAJE EN MASAPORCENTAJE EN MASA:
Masa de soluto por cada 100 unidades de masa
de disolución.
masa de soluto
masa de disolución
%Masa = x 100
8. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Calcula la concentración en tanto por ciento en masa
de una disolución preparada disolviendo 70 gramos
de bromuro de potasio en 130 gramos de agua.
masa de soluto
masa de disolución
%Bromuro = x 100
masa de soluto
= x 100 =
(130 + 70) g
70 g
= x 100 =
200 g
70 g
35%
9. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Tenemos una disolución de bromuro de potasio con
una concentración en tanto por ciento en masa del
35%. Calcula cuántos gramos de bromuro de potasio
habrá en 80 gramos de esta disolución.
80 g x
100
35
Calculamos el 35 % de 80.
= 2.4 g
¿Qué cantidad de la disolución anterior habrá que
coger para que contenga 2 gramos de bromuro?
Hay 35 g en 100 g de
disolución
Habrá 2g en X g de
disolución
35 100
2 X
= X = 2 · 100 / 35
X = 5,7 g
10. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓNCÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN
PORCENTAJE EN VOLUMENPORCENTAJE EN VOLUMEN:
Volumen de soluto por cada 100 unidades de
volumen de disolución.
volumen de soluto
volumen de disolución
%Volumen = x 100
11. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓNCÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN
CONCENTRACIÓN EN MASACONCENTRACIÓN EN MASA
MASA POR UNIDAD DE VOLUMENMASA POR UNIDAD DE VOLUMEN
(gramos/litro)(gramos/litro):
Gramos de soluto por cada litro de disolución.
gramos de soluto
litros de disolución
C (g/l) =
En S.I.: kg/m3
12. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Calcula la concentración en gramos por litro de una
disolución preparada disolviendo 20 gramos de
cloruro de sodio en 0.25 litros de agua.
masa de soluto
litros de disolución
C =
masa de soluto = =
0.25 l
20 g
80 g/l
13. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Tenemos una disolución de cloruro de sodio en agua,
con una concentración de 80 g/l. Calcula cuántos
gramos de cloruro de sodio habrá en 0.75 litros de
esa disolución.
masa de soluto
litros de disoluciónC =
masa de soluto
masa de soluto = C x litros de disolución
masa de soluto = 80 g x 0.75 l = 60 g
l
14. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
En la anterior disolución de cloruro de sodio en agua,
con una concentración de 80 g/l. Calcula cuántos
litros habrá que coger para que contengan 2 gramos
de cloruro de sodio.
masa de soluto
litros de disolución
C =
masa de soluto
masa de soluto
C
litros de disolución = = 2 g / 80 g/l = 0,025 l
OTRA FORMA DE HACERLO:
Hay 80 g en 1 litro
de disolución
Habrá 2 g en X litros
de disolución
80 1
2 X
= X = 2 · 1 / 80
X = 0,025 l
15. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓNCÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN
CONCENTRACIÓN MOLAR o MOLARIDAD (M)CONCENTRACIÓN MOLAR o MOLARIDAD (M):
Masa de moles de soluto en cada litro de
disolución.
moles de soluto
volumen de disolución (L)
M =
n
V(L)
M =
16. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Calcula la molaridad de la disolución obtenida al
disolver 40 g de bromuro de potasio, KBr, en agua
hasta completar 500 mL de disolución.
Datos masas atómicas: K = 39, Br = 80.
MKBr
= 119 g/mol
nKBr
= 40g / 119 g/mol = 0,34 mol
M = 0,34 mol / 0,5 L = 0,68 mol/L
17. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓNCÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN
CONCENTRACIÓN MOLAL (m)CONCENTRACIÓN MOLAL (m):
Moles de soluto por cada kilogramo de disolvente.
moles de soluto
masa de disolvente (kg)
m =
n
m disolvente
(kg)
m =
18. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Calcula la molalidad de:
a) Una disolución obtenida al disolver 10 g de
hidróxido de sodio, NaOH, en 200 mL de agua.
b) Una disolución de KNO3
al 20% en masa.
Densidad del agua: 1g/cm3
Datos masas atómicas: K = 39, Na = 23, O = 16,
H = 1, N = 14.
19. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓNCÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN
FRACIÓN MOLAR (X)FRACIÓN MOLAR (X):
Relación entre los moles de un componente y el
número total de moles de la mezcla.
n1
n 1
+ n2
+ n3
...
X1
=
X1
+ X2
+ X3
+ … = 1
20. ACTIVIDAD:ACTIVIDAD:
Calcula la fracción molar de los componentes de:
a) Una disolución obtenida al disolver 10 g de
hidróxido de sodio, NaOH, en 200 mL de agua.
b) Una disolución de KNO3
al 20% en masa.
Densidad del agua: 1g/cm3
Datos masas atómicas: K = 39, Na = 23, O = 16,
H = 1, N = 14.
21. SOLUBILIDADSOLUBILIDAD
CUALITATIVAMENTE: Capacidad de una
sustancia de disolverse en otra.
SOLUBLESOLUBLE o INSOLUBLEINSOLUBLE
CUANTITATIVAMENTE: Se llama solubilidad
de una sustancia a la concentración de su
disolución saturada.
Se suele expresar como gramos de soluto que es
posible disolver en 100 g de disolvente a una
temperatura determinada.
Por ejemplo, la solubilidad de la sal
(NaCl) en agua, a 20 ºC, es de 36.
22. CURVAS DE SOLUBILIDADCURVAS DE SOLUBILIDAD
SOLUBILIDADSOLUBILIDAD
DE LOSDE LOS
SÓLIDOS Y LASÓLIDOS Y LA
TEMPERATURATEMPERATURA
23. En los gases disueltos en líquidos la solubilidad
aumenta al disminuir la temperatura.
SOLUBILIDAD:SOLUBILIDAD:
Solubilidad de los gases y la temperaturaSolubilidad de los gases y la temperatura
24. En los gases disueltos en líquidos la solubilidad
aumenta al aumentar la presión.
SOLUBILIDAD:SOLUBILIDAD:
Solubilidad de los gases y la presiónSolubilidad de los gases y la presión
Ley de HenryLey de Henry
C = K · P
C = solubilidad del gas
P = presión que ejerce el gas que se va a disolver (en contacto con el líquido)
K = constante que depende del gas, del líquido y de la temperatura
25. PROPIEDADES COLIGATIVAS DEPROPIEDADES COLIGATIVAS DE
LAS DISOLUCIONESLAS DISOLUCIONES
Las propiedades coligativas de una disolución
son aquellas cuyo valor depende solo de la
concentración del soluto disuelto y no de su
naturaleza.
Sus leyes solo se cumplen en disoluciones
ideales (disoluciones diluidas y con solutos no
iónicos).
26. PROPIEDADES COLIGATIVAS DEPROPIEDADES COLIGATIVAS DE
LAS DISOLUCIONESLAS DISOLUCIONES
- Descenso de la presión de vapor
- Ascenso del punto de ebullición
- Descenso del punto de congelación
- Ósmosis
27. DESCENSO DE LA PRESIÓN DEDESCENSO DE LA PRESIÓN DE
VAPORVAPOR
La presión de vapor es la presión que ejercen
las moléculas gaseosas en equilibrio con el
líquido que las genera.
28. DESCENSO DE LA PRESIÓN DEDESCENSO DE LA PRESIÓN DE
VAPORVAPOR
Ley de RaoultLey de Raoult
ΔP = P0
- P = P0
· Xs
P0
= presión de vapor del disolvente puro a esa temperatura
P = presión de vapor del disolvente en la disolución
Xs
= fracción molar del soluto
29. ASCENSO DEL PUNTO DEASCENSO DEL PUNTO DE
EBULLICIÓNEBULLICIÓN
ΔT = T – Te
= Ke
· m
Te
= punto de ebullición del disolvente puro
T = punto de ebullición de la disolución
m = molalidad del soluto
Ke
= constante ebulloscópica molal, depende del disolvente
30. DISMINUCIÓN DEL PUNTO DEDISMINUCIÓN DEL PUNTO DE
CONGELACIÓNCONGELACIÓN
ΔT = T f
– T= Kc
· m
Tf
= temperatura de congelación (punto de fusión) del disolvente puro
T = temperatura de congelación de la disolución
m = molalidad del soluto
Kc
= constante crioscópica (ºC·kg/mol), depende del disolvente
31. ÓSMOSISÓSMOSIS
Fenómeno por el cual un disolvente se difunde a
través de una membrana semipermeable que
separa dos disoluciones de distinta
concentración.
El proceso continúa hasta que se igualan las
concentraciones o la presión hidrostática
generada impide la difusión.
P = d·g·h
32. ÓSMOSISÓSMOSIS
Presión osmótica (Presión osmótica (ππ))::
La presión osmótica de una disolución es la
presión que habría que ejercer sobre ella para
impedir el proceso de ósmosis.
π · V = n · R · T
π = presión osmótica
V = volumen de la disolución
n = número de moles de soluto
R = constante de los gases
T = temperatura
33. π · V = n · R · T
π =
n · R · T
V
π = M · R · T
34. PREPARACIÓN DE DISOLUCIONESPREPARACIÓN DE DISOLUCIONES
EN EL LABORATORIOEN EL LABORATORIO
Preparar 250 ml de una disolución de hidróxido de
sodio en agua, con una concentración de 40 g/l.
1º Calculamos la cantidad necesaria de sustancia:
C=m/V m=C ·V =40 g /l ·0,25l=10 g
Explicar la importancia del estudio de las disoluciones ejemplificando con la enorme cantidad de sistemas materiales que nos rodean que son disoluciones.
Indicar que el disolvente es el componente que no cambia de estado, o en el caso de que estén en el mismo estado se reserva el nombre de disolvente al componente mayoritario y solutos para los que aparecen en menor cantidad.
La imagen puede servir para ilustrar la enorme cantidad de materiales que nos rodean que son disoluciones.
Hay que hacer incapie en que podemos encontrar disoluciones no sólo de sólidos en líquidos, o de líquidos en líquidos, sino de cualquier estado en cualquier otro.
Al mezclar un soluto sólido con un disolvente líquido se establecen interacciones soluto-soluto, disolvente-disolvente y disolvente-soluto. El proceso de disolución se ve favorecido cuando las dos primeras son relativamente pequeñas y la tercera relativamente grande.
Las partículas de soluto, aunque hidratadas (o solvatadas) siguen atrayéndose.
El agua es una molécula dipolar, tiene una parte con carga positiva y otra con carga negativa (aunque en conjunto es neutra).
Las moléculas de agua rodean los iones por su parte de carga opuesta, debilitando la atracción de la red iónica.
La trituración del sólido, la agitación y el calentamiento favorecen la disolución de solutos sólidos.
Dependiendo de como se exprese la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente o de disolución habrá diferentes formas de expresar la concentración.
La concentración es una magnitud intensiva, ya que no dependerá de la cantidad de mezcla tomada. La cantidad de soluto se indica para cada unidad de cantidad de disolvente o de disolución, por lo que es independiente de la cantidad tomada.
Aquí se puede hablar de los productos que se comercializan como “concentrados”, contraponiéndolos a productos diluídos.
Hay que mencionar que las disoluciones sobresaturadas son inestables. Basta con agitarlas, rascar con una varilla de vidrio las paredes internas del recipiente o introducir algún cristal de soluto para que el exceso de este se separe bruscamente en forma sólida y provoque así una precipitación.
La masa del soluto y la del disolvente deben expresarse en las mismas unidades, un porcentaje no tiene unidades.
La disolución es la suma de todos los componentes.
El significado de la solución es que cada 100 gramos de disolución contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.
La disolución es la suma de todos los componentes.
El significado de la solución es que cada 100 gramos de disolución contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.
El volumen de soluto y de disolución deben expresarse en las mismas unidades.
Normalmente se utiliza este modo de expresar la concentración cuando el soluto es un sólido cuya cantidad se mide en unidades de masa y el disolvente es un líquido cuya cantidad se mide en unidades de volumen.
La disolución es la suma de todos los componentes.
El significado de la solución es que cada 100 gramos de disolución contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.
La disolución es la suma de todos los componentes.
El significado de la solución es que cada 100 gramos de disolución contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.
La disolución es la suma de todos los componentes.
El significado de la solución es que cada 100 gramos de disolución contienen 35 gramos del soluto, en este caso el bromuro de potasio.
La concentración molar de una disolución se denomina molaridad y se representa por M. Se expresa en mol/litro.
La concentración se expresa así en mol/kg o bien como x molal.
Hay solutos que no se disuelven en determinados disolventes y otros que sí, por lo que podemos hablar de solutos solubles o insolubles en un disolvente.
Los solutos solubles en un disolvente no lo son todos en igual grado por lo que podemos cuantificar esta solubilidad como la cantidad de gramos que se pueden disolver como máximo, a una temperatura dada, en 100 gramos del disolvente.
Cuando una sustancia es muy soluble en un disolvente se dice que su solubilidad es alta, y su disolución saturada es una disolución concentrada. Pero si la sustancia es poco soluble, su solubilidad es baja y su disolución saturada es una disolución diluída.
Habitualmente la solubilidad de los sólidos en agua aumenta con la temperatura ya que la mayoría de sólidos se disuelven por procesos endotérmicos. No obstante hay sustancias en las que la solubilidad apenas varía con la temperatura y otras en las que disminuye al aumentar la temperatura.
Muchos líquidos y gases, al disolverse mediante procesos exotérmicos, experimentan una disminución de solubilidad cuando aumenta la temperatura.
La presión de vapor depende de la naturaleza de la sustancia y aumenta con la temperatura. En general a mayor peso molecular menor presión de vapor.
Al hacer el vacío en el recipiente que contiene el líquido las moléculas de este se van evaporando. Algunas moléculas de la fase gaseosa al chocar con el líquido se condensan. Al final se llega a un equilibrio cuando el número de moléculas que pasa a la fase gaseosa se iguala con el de las que pasan a la fase líquida.
La presión de vapor disminuye al añadir un soluto debido a la disminución del número de moléculas de disolvente en la superficie libre del líquido y a las fuerzas de atracción que aparecen entre las moléculas de soluto y las de disolvente.
Por las mismas razones que al disolver un soluto disminuía la presión de vapor, al dificultarse que las partículas de líquido pasen a la fase gaseosa, aumentará el punto de ebullición. Habrá que calentar más la disolución para que se alcance el punto de ebullición.
El punto de congelación, o de fusión, de una disolución (con un soluto no volátil) es inferior al del disolvente puro.
Al disolver un soluto, como la presión de vapor de la disolución así formada es inferior a la del disolvente puro, hay que enfriar más para que la presión de vapor se iguale a la de la fase sólida.
Una aplicación de este fenómeno es la preparación de anticongelantes o la adición de sal en las carreteras cuando hiela o nieva, para derretir el hielo.
Una membrana semipermeable es aquella que deja pasar moléculas de disolvente pero no del soluto. Las membranas celulares son semipermeables.
La tendencia de las moléculas de disolvente a atravesar la membrana será proporcional al número de moléculas de disolvente que haya junto a ella. Este nº es menor en el lado de mayor concentración, puesto que una fracción del área de la membrana está ocupada por moléculas de soluto, que no pueden atravesarla. Habrá un mayor flujo de moléculas de disolvente hacia la parte de mayor concentración, lo que hará subir el nivel del líquido, hasta que la presión hidrostática compense la diferencia de flujo. Esta presión, es la llamada presión osmótica.
Para disoluciones diluidas la presión osmótica se comporta como la de los gases ideales, obedeciendo a la misma ecuación.
Esta ecuación permite la determinación de pesos moleculares de sustancias disueltas .