Propiedades Coligativas Algunas propiedades físicas de las soluciones dependen de la cantidad de cantidad de soluto no volátil disuelto, volátil disuelto, aunque no de su naturaleza
Propiedades Coligativas Disminución de la presió Disminució presión de vapor de la solució solución
A 1 atm de presión, presión, el agua pura pura congela congela a 0°C y ebulle a 100°C pero pero una disolu disolució ción n en agua agua de cualquier solut cualquier soluto o a una concentrac concentración ión determinad determinadaa congelará congelará a menos menos de 0°C y ebullirá ebullirá a más de 100°C 100°C independientemente de la naturaleza del soluto
Presión de vapor
Las propiedades físicas de las soluciones que dependen sólo de la cantidad de soluto disuelto y no de su naturaleza se llaman propiedades coligativas 1. Disminución de la presión de vapor de la solución respecto al valor para el solvente puro 2. Aumento del punto de ebullición de la solución respecto al valor para el solvente puro (ascenso ebulloscópico) 3. Disminución del punto de congelación de la solución respecto al valor para el solvente puro (descenso crioscópico) 4. Ósmosis (presión osmótica) osmótica)
Propiedades Coligativas El punto de vista molecular
Solvente puro
Solvente + soluto
Pv (agua pura) = 55 Torr Pv (agua + 0.1 m NaCl) = 44 torr
Propiedades Coligativas En una solución, la tendencia de las moléculas de solvente a abandonar la fase líquida es menor por la presencia de las moléculas del soluto Ley de Raoult Raoult:: la presión parcial ejercida por el vapor del solvente (PA) sobre una disolución es igual al producto de la fracción molar del solvente (X (XA) por la presión de de vapor del solvente puro ( PA0).
P = Pv del solvente sobre la disolución
Solución
Pº
PA = XA PA0
Solvente puro
P
xsolvente + xsoluto = 1 xsolvente < 1 entonces P < P
°
xsolvente
Propiedades Coligativas Solución ideal: cumple con la ley de Raoult a todas las concentraciones Solució PA0
Las soluciones “reales” se apartan del comportamiento ideal al aumentar la concentración.
PA
Las desviaciones ocurren cuando la concentración del soluto supera el valor aproximado: 0,1 m para no electrolitos 0,01 m para electrolitos XA
El tipo y la magnitud de la desviación dependerá de la naturaleza de las fuerzas intermoleculares entre solvente y soluto.
Propiedades Coligativas 1. Disminución de la presión de vapor de la solución respecto al valor para el solvente puro ¿Cuánto disminuye la presión de vapor del solvente al formarse la disolución? En una solución formada por solvente (A) y soluto (B) X A + XB = 1 XA = 1 - XB PA = (1(1- XB) PA0 XB PA0 = PA0 – PA = PA
PA = PA0 - XB PA0 PA = XB PA0
La disminución de la presión de vapor de la solución respecto al valor en el solvente puro depende de la fracción molar del soluto sin importar su naturaleza.
1
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas
Consecuencias de la disminución de la presión de vapor de una solución
2. Aumento del punto de ebullición de la solución respecto al valor para el solvente puro ( ascenso ebullosc ) ascenso ebullosc ó ópico pico Es
Disminuye la presión de vapor
consecuencia de la disminución de la disminución de la P v respecto al solvente puro. Depende de la concentración de la solución ( molalidad) molalidad y no de la naturaleza del soluto. Depende de la naturaleza del solvente ( Ke). Te – Te0 = Te = Ke m Solvente Ke (°C/m)
Aumenta la temperatura de ebullición
0,52
C2H5OH
1,22
CCl4
5,02
Por definición, Te siempre es positivo
Propiedades Coligativas 3. Disminución del punto de congelación de la solución respecto al valor para el solvente puro (descenso crioscópico)
H2O
Propiedades Coligativas Solvente puro
Solución con soluto no volátil
Solución Solvente puro
Aumenta la temperatura de ebullición Disminución de la presión de vapor
El punto triple se desplaza a menor temperatura y menor presión Disminuye el punto de congelación Solvente Kc (°C/m)
Tc
Tc
Te
Tcº
Teo
Tc0 – Tc = Tc = Kc m Te
Por definición, Tc siempre es positivo
Propiedades Coligativas Problema 1. El etilenglicol, C2H4(OH)2 (PM= 62), se utiliza como refrigerante y como anticongelante en los radiadores de los autos. Calcular Te y Tc para una solución de etilenglicol en agua del 25% p/p.
m=
25 g sto 75 g svte
×
1 62 g sto / mol
×
1000 g svte 1k svte
= 5,376
Te = Ke m = 0,52°C/m x 5,376 m = 2,8°C Te - Te0 = 2,8°C Te = Te0 + 2,8°C
Te = 102,8°C
H2O
1,86
C2H5OH
1,99
CCl4
29,8
Propiedades Coligativas Problema 2. Calcular Te y Tc para una solución acuosa de glucosa, C6O6H12 (PM = 180), que se obtiene disolviendo 0,20 g del monosácarido en 1 L del solvente. m=
0, 2 g sto 1k svte
×
1 180g sto / mol
= 0,011 m
Te = Ke m = 0,52°C/m x 0,011 m = 0,006°C Te - Te0 = 0,006°C Te = Te0 + 0,006°C
Te = 100,006°C
Tc = Kc m = 1,86°C/m x 5,376 m = 10,0°C
Tc = Kc m = 1,86°C/m x 0,011 m = 0,020°C
Tc0 - Tc = 10,0°C 0°C - 10,0°C = Tc
Tc0 - Tc = 0,020°C 0°C - 0,020°C = Tc
Tc = - 10,0°C
Tc = - 0,020°C
2
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas
Problema 3. 5 g de un medicamento cuyo PM es desconocido se disuelven en 250 g de agua. Experimentalmente se observa un descenso del punto de congelación de la solución de 0,12°C. Determine el PM del medicamento. Tc = Kc m 0,12°C = 1,86°C/m x m m = 0,12°C / 1,86°C/m m = 0,0645 m 0, 0645mol / k svte = PM =
5 g sto
5g sto
1
×
250 g s vte PM 1
×
250 g svte 0, 0645 mol / k s vt e
Electrolito : sustancia que se disocia en iones al disolverse en un solvente dado NaCl(s)
×
×
Electrolitos como solutos no volá volátiles
1000 g svte 1k svte
1000 g svte 1k s vt e
H2O
Na+(ac) + Cl-(ac)
Cada mol de NaCl produce al disociarse dos moles, uno de Na + y otro de ClDado que las propiedades coligativas dependen de la concentración de soluto disuelto, debe considerarse la concentración efectiva de los electrolitos
PM = 310 g/mol
Etilenglicol, glucosa, sacarosa, etc., son no electrolitos , no se disocian al disolverse
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas
Factor i de van de van ’ ’t Hoff t Hoff : número de iones en los que se disocia un electrolito al disolverse en un solvente Electrolito
i
NaCl
2
CaCl2
3
Na2SO4
3
Na3PO4
4
Ca3(PO4)2
5
Te = i Ke m Tc = i Kc m Problema 4. 4 Ordene según T e creciente las siguientes soluciones acuosas: NaCl 0,07 m; glucosa 0,10 m; Ca(NO3)2 0,05 m. a. Sin considerar el factor i :
Te = Te0 + Ke m
Glucosa > NaCl > Ca(NO3)2 b. Considerando el factor i :
Te = Te0 + i Ke m
No electrolito 1
Ca(NO3)2 > NaCl > Glucosa
Estos valores son ideales , válidos a bajas concentraciones. A altas concentraciones, los iones se combinan y i real < i ideal
Considerando valores ideales para i
Propiedades Coligativas 4. Presión osmótica Ó smosis smosis : flujo de solvente hacia una solución o bien desde una solución diluida hacia una más concentrada a través de una membrana semipermeable (permeable al solvente pero no al soluto)
Propiedades Coligativas Presi ó ón osm ó ótica tica ( ) : presión necesaria para detener o evitar el proceso de ósmosis
La ósmosis es un proceso que ocurre espontáneamente
3
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas La presión osmótica obedece una ley similar a la de los gases i deales =MRT M = molaridad de la solución R = constante de los gases (0,082 L atm /mol K) T = temperatura absoluta
Para electrolitos la ecuación anterior se transforma en La presión ejercida por el pistón es igual a
= i M R T
Propiedades Coligativas Ósmosis en la Naturaleza Dos soluciones con igual presión osmótica se definen como isotónicas . Si las mismas están en contacto a través de una membrana semipermeable, no habrá flujo neto en ninguna dirección. Esto ocurre cuando las células están en contacto con el plasma extracelular.
Propiedades Coligativas Cuando las soluciones tienen distinta concentración, la que presenta menor presión osmótica (menor “ concentración”) se denomina hipot ó ónica nica , mientras que la que presenta mayor presión osmótica (mayor “ concentración”) se denomina hipert ó ónica. n ica.
Membrana plasmática
Célula en contacto con solución hipotónica Flujo de solvente hacia el interior de la célula Lisis Celular
Célula en contacto con solución hipertónica Flujo de solvente hacia el exterior de la célula Crenación
Importante: dos soluciones de igual concentración molar NO siempre son isotónicas
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas
Gló Glóbulos rojos
Células vegetales Membrana plasmática
Cloroplasto
Núcleo
El contenido de vacuolas es hipertónico respecto al citoplasma.
Solución:
isotónica
hipertónica
hipotónica hemó hemólisis
Pared celular
Las vacuolas se llenan de agua. Empuja n el citoplasma contra la pared celular Presió Presión de turgencia.
Vacuolas pierden agua Plasmó Plasmólisis La planta de “marchita”
4
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas
Aplicaciones La preservación de alimentos en exceso de sal (carnes) o azúcar (frutas) se basa en la crenación de las bacterias que pueden ocasionar su descomposición. Potabilización de agua por ó smosis smosis inversa : aplicación de una presión superior a sobre una muestra de agua de mar para forzar el paso de agua hacia la región de agua pura. P>
Propiedades Coligativas
Propiedades Coligativas
Problema 5. La presión osmótica promedio del lí quido intracelular es de 7,7 atm a 25°C. Calcule la concentración molar y % p/v de la solución salina fisiológica , constituida por NaCl en agua.
Problema 6. Se desea conocer el peso molecular de una proteína extraída de un organismo primitivo. Con tal fin, se prepara una solución disolviendo 3,50 mg de la proteína en 5,00 mL de agua. La presión osmótica de dicha solución resultó ser de 1,54 mm de Hg a 25°C. Determine el peso molecular de la proteína.
= i M R T
M= /RT
M = / i R T M =1,54mm ×
M = 7,7 atm / (2 x 0,082 L atm /mol K x 298 K) M = 0,1575 % p/v =
0,1575moles sto 1 L soln
×
58, 44 g sto / mol ×
% p/v = 0,92
1atm 760mm
×
1 0, 082Latm / molK 298K
M = 8,29 x 10-5 mol/L 0,1L soln 100mL soln
×
100
PM =
3, 50mg 5, 00mL
×
1000mL 1L
×
1g 1000mg
×
1 8, 29× 10 5 mol / L −
PM = 8443, 91 g/mol
5
