Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr. y Bruce E. Bursten
QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL 11a edición edi ción John D. Bookstaver
St. Charles Community College, Cottleville, MO
Propiedades de las disoluciones
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Disoluciones
Disoluciones
• Las disoluciones son mezclas homogéneas
de dos o más sustancias puras. • En una disolución, el soluto se dispersa de forma uniforme en todo el disolvente disolvente..
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Disoluciones
Disoluciones
Las fuerzas intermoleculares entre el soluto y las partículas del disolvente deben ser lo suficientemente intensas como para competir con aquellas entre las partículas del soluto y las que hay entre las partículas del disolvente. ©
Disoluciones
¿Cómo se forma una disolución? A medida que se forma una disolución disolu ción el disolvente separa las partículas de soluto y las rodea o solvata solvata..
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Disoluciones
¿Cómo se forma una disolución? Si una sal iónica es soluble en agua, se debe a que las interacciones ióndipolo son lo suficientemente intensas para superar la energía de red del cristal salino.
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Disoluciones
Cambios de energía en disoluciones
• Tres procesos
afectan los aspectos energéticos de la disolución: – La separación de las
partículas del soluto. – La separación de las partículas del disolvente. – Nuevas interacciones entre el soluto y el disolvente. ©
Disoluciones
Cambios de energía en disoluciones El cambio de entalpía del proceso general depende del H para cada una de estas etapas.
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Disoluciones
¿Por qué suceden los procesos endotérmicos? Las cosas no tienden a suceder espontáneamente (es decir, sin intervención externa) a menos que se disminuya la energía del sistema.
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Disoluciones
¿Por qué suceden los procesos endotérmicos? Sin embargo, sabemos que en algunos procesos, como la disolución de NH4NO3 en agua, se absorbe calor, no se libera.
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Disoluciones
La entalpía es sólo una parte del cuadro La razón es que el aumento del desorden o aleatoriedad (conocido como entropía)) de un entropía sistema tiende a disminuir la energía del sistema.
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Disoluciones
La entalpía es sólo una parte del cuadro
Así que aunque la entalpía puede incrementarse, la energía total del sistema puede disminuir si el sistema se vuelve más desordenado.
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Disoluciones
Alumno, ¡cuidado! ¡cuidado!
Debido a que una sustancia desaparece cuando llega a estar en contacto con un disolvente,, no significa que la sustancia se disolvente disolvió. ©
Disoluciones
Alumno, ¡cuidado! ¡cuidado!
• La disolución es un cambio físico —puede recuperarse
el soluto original evaporando el disolvente. • De no ser así, la sustancia no se disolvió, reaccionó.
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Disoluciones
Tipos de disoluciones • Saturadas – En una disolución saturada,, el disolvente saturada contiene la mayor cantidad de soluto posible a esa temperatura. – El soluto disuelto está en equilibrio dinámico con las partículas del soluto sólidas.
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Tipos de disoluciones
Disoluciones
• Insaturadas – Si la disolución es insaturada,, menos insaturada soluto del que puede disolverse a esa temperatura se dispersa en el disolvente.
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Disoluciones
Tipos de disoluciones
• Sobresaturada sobresaturadas,, el disolvente – En las disoluciones sobresaturadas contiene más cantidad de soluto de lo que es generalmente posible a esa temperatura. – Estas disoluciones son inestables; la cristalización generalmente se estimula adicionando ―cristal semilla‖ o raspando el lado del vaso de
precipitado. ©
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Factores que afectan la solubilidad
• Los quí químic micos os util utiliza izan n el axi axiom oma a ―seme ―semejant jante e disu disuelv elve ea semejante‖ para decir que: – Las sustancias polares tienden a disolverse en disolventes polares. – Las sustancias no polares tienden a disolverse en disolventes no polares .
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Disoluciones
Factores que afectan la solubilidad Mientras más similares sean las atracciones intermoleculares, más probable es que una sustancia sea soluble en otra.
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Disoluciones
Factores que afectan la solubilidad La glucosa (la cual tiene puentes de hidrógeno) es muy soluble en agua, mientras que el ciclohexano (el cual sólo tiene fuerzas de dispersión) no lo es.
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Disoluciones
Factores que afectan la solubilidad
• La vitamina A es soluble en compuestos no
polares (como grasas). • La vitamina C es soluble en agua.
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Gases en una disolución
• En general, la
solubilidad de los gases en agua aumenta con el incremento de masa. • Las moléculas más grandes tienen fuerzas de dispersión más intensas. ©
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Gases en una disolución • La solubilidad de
líquidos y sólidos no cambia apreciablemente con la presión. • La solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a su presión. ©
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Ley de Henry S g = kP g
Donde: • S g es la solubilidad del gas. • k es la constante de la ley de Henry para ese gas en ese disolvente. • P g es la presión parcial del gas sobre el líquido. ©
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Temperatura Por lo general, la solubilidad de los solutos sólidos en disolventes líquidos aumenta con el incremento de temperatura.
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Disoluciones
Temperatura • Lo opuesto es
verdadero para los gases: – Las bebidas suaves
carbonatadas son más ―burbujeantes‖ si se
almacenan en el refrigerador. – Los lagos cálidos tienen menos O2 disuelto en ellos que los lagos fríos. ©
Formas de expresar las concentraciones de las disoluciones
Disoluciones
Porcentaje de masa
% de masa de A en la disolución masa = masa total de la disolución de A
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100
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Partes por millón y partes por billón
Partes por millón (ppm) masa de A en la disolución ppm = masa total de la disolución
106
109
Partes por billón (ppb) masa de A en la disolución ppb = masa total de la disolución ©
Disoluciones
Fracción molar (X) moles de A X A = total de moles en la disolución
• En algunas aplicaciones se necesita la fracción molar del disolvente , no del soluto. – ¡Asegúrese de encontrar la cantidad que
necesite! ©
Disoluciones
Molaridad (M) mol de soluto M= L de disolución • Recordará esta medida de concentración
del capítulo 4. • Dado que el volumen depende de la temperatura, la molaridad puede cambiar con la temperatura. ©
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Molalidad (m) mol de soluto m= kg de disolvente Dado que los moles y la masa no cambian con la temperatura, la molalidad (a diferencia de la molaridad) no depende de la temperatura.
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Cambio de molaridad a molalidad Si se conoce la densidad de la disolución, puede calcularse la molalidad a partir de la molaridad y viceversa.
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Propiedades coligativas
Disoluciones
• Los cambios en las propiedades coligativas sólo dependen del número de
partículas del soluto presentes, no de la identidad de las partículas del soluto. • Entre las propiedades coligativas están: – Disminución de la presión de vapor. – Elevación del punto de ebullición. – Disminución del punto de fusión. – Presión osmótica. ©
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Presión de vapor
Debido a la atracción intermolecular solutodisolvente, las concentraciones más altas de solutos no volátiles dificultan que el disolvente escape a su fase de vapor.
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Disoluciones
Presión de vapor
Por lo tanto, la presión de vapor de una disolución es menor que la del disolvente puro.
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Disoluciones
Ley de Raoult P A = X AP A donde: – X A es la fracción molar del compuesto A. – P A es la presión de vapor normal de A a esa temperatura. NOTA: Ésta es una de esas ocasiones en las que
quisiera asegurarse de tener la presión de vapor del disolvente . ©
Disoluciones
Elevación del punto de ebullición y disminución del punto de congelación
Las interacciones soluto no volátil-disolvente también ocasionan que las disoluciones tengan puntos de ebullición más altos y puntos de congelación más bajos que el disolvente puro. ©
Disoluciones
Elevación del punto de ebullición • El cambio en el punto de
ebullición es proporcional a la molalidad de la disolución: T b = K b m
donde K b es la constante de la elevación del punto T b se adiciona al punto de de ebullición molal, una ebullición normal del disolvente. propiedad del disolvente . ©
Disoluciones
Elevación del punto de ebullición • El cambio en el punto de
congelación puede determinarse de forma similar: T f = K f m
• Aquí K f es la constante de
se sustrae del punto de ebullición normal del disolvente. T f
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la disminución del punto de congelación molal del disolvente.
Disoluciones
Elevación del punto de ebullición y disminución del punto de congelación
T b = T f
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K b m
= K f m
Observe que en ambas ecuaciones, T no depende de cuál sea el soluto , sólo de cuántas partículas se disuelven.
Disoluciones
Propiedades coligativas de los electrolitos
Dado que estas propiedades dependen del número de partículas disueltas, las disoluciones de electrolitos (los cuales se disocian en la disolución) debieran de mostrar cambios mayores que las de no electrolitos. electrolitos.
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Disoluciones
Propiedades coligativas de los electrolitos
Sin embargo, una disolución 1M de NaCl no mostrará el doble del cambio en el punto de congelación a diferencia de lo que lo hace una disolución 1 M de metanol.
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Disoluciones
Factor de van’t Hoff
Un mol de NaCl en agua realmente no da origen a dos moles de iones.
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Disoluciones
Factor de van’t Hoff Algo del Na+ y del Cl – se reasocia por un corto periodo de tiempo, por lo que la verdadera concentración de partículas es un poco menor al doble de la concentración del NaCl.
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Disoluciones
Factor de van’t Hoff
• La reasociación es
más probable a concentraciones mayores. • Por lo tanto, el número de partículas presentes es dependiente de la concentración concentración.. ©
Factor de van’t Hoff
Disoluciones
• Se modifican las
ecuaciones anteriores multiplicándolas por el factor de van’t Hoff, i . T f ©
= K f m i
Ósmosis
Disoluciones
• Algunas sustancias forman forman membranas
semipermeables que permiten que algunas partículas pequeñas las atraviesen, pero bloquean partículas más grandes. • En los sistemas biológicos, la mayoría de
las membranas semipermeables permiten que el agua las atraviese, pero no permiten que lo hagan los solutos. ©
Disoluciones
Ósmosis
En la ósmosis existe movimiento neto del disolvente del área de concentración del disolvente más alta (concentración del soluto más baja ) a la de concentración del disolvente más baja (concentración del soluto más alta ). ). ©
Disoluciones
Presión osmótica La presión requerida para detener la ósmosis, conocida como presión osmótica, osmótica, , es:
=(
n RT = M RT RT ) V
donde M es la molaridad de la disolución. Si la presión osmótica es la misma en ambos lados de una membrana (es decir, las concentraciones son iguales), las disoluciones son isotónicas. ©
Disoluciones
Ósmosis en células sanguíneas
• Si la concentración
del soluto fuera de la célula es mayor que la de adentro de la célula, la solución es hipertónica.. hipertónica • El agua fluirá hacia
fuera de la célula y sucederá crenación crenación.. ©
Disoluciones
Ósmosis en células
• Si la concentración del
soluto fuera de la célula es menor que la de adentro de la célula, la solución es hipotónica hipotónica.. • El agua fluirá hacia
dentro de la célula y sucederá hemólisis hemólisis.. ©
Disoluciones
Coloides A las suspensiones de partículas mayores a las de iones o moléculas individuales, pero demasiado pequeñas como para sedimentarse por gravedad, se les llama coloides coloides..
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Disoluciones
Efecto Tyndall • Las suspensiones
coloidales pueden dispersar rayos de luz. • A este fenómeno se le conoce como efecto Tyndall.. Tyndall
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Disoluciones
Coloides en sistemas biológicos
Algunas moléculas tienen un extremo polar hidrofílico polar hidrofílico (afín con el agua ) y un extremo no polar hidrofóbico (sin afinidad con el agua ) .
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Disoluciones
Coloides en sistemas biológicos El estearato de sodio es un ejemplo de esa molécula.
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Disoluciones
Coloides en sistemas biológicos Estas moléculas pueden auxiliar en la emulsificación de grasas y aceites en disoluciones acuosas.
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