TERMODINAMICA DE LAS DISOLUCIONES DISOLUCIONES QUE ES UNA DISOLUCION Una disol disoluci ución ón es una mezcla mezcla homogé homogénea nea de a!ios a!ios com"on com"onen#e en#es$ s$ es#os es#os "ueden se! solidos$li%uidos o gaseosos& Si la disolución cons#a de dos com"onen#es$se llama 'ina!ia$ #!es #e!cia!ia$ cua#!o cua#e!na!ia ( as) sucesiamen#e& Toda Toda disolución es#* +o!mada "o! un solu#o ( un disolen#e ( "uede es#a! +o!mada "o! uno o m*s solu#os ( uno o m*s disolen#es& CARACTERISTICAS No!malmen#e el disolen#e se encuen#!a en ma(o! "!o"o!ción %ue el solu#o$ aun%ue no siem"!e es as)& Sus "!o"iedades +)sicas de"enden de su concen#!ación& Sus com" om"onen# nen#es es se se" se"a!an !an "o! cam' am'ios ios de +ase +ases$ s$ como como la +usió usión$ n$ ea"o!ación$condensación$ ea"o!ación$condensació n$ e#c& CLASI,ICACION -OR SU ESTADO DE A.RE.ACION
-OR SU CONCENTRACION
Disoluciones empíricas o cualitativas: No #oma en cuen#a la can#idad numé!ica de solu#o ( disolen#e "!esen#es Disolución diluida: Es a%uella en donde la can#idad de solu#o %ue in#e!iene es#* en m)nima "!o"o!ción en un olumen de#e!minado& Disolución concentrada: Tiene una can#idad conside!a'le de solu#o en un olumen de#e!minado& Disolución insaturada: No #iene la can#idad m*/ima "osi'le de solu#o "a!a una #em"e!a#u!a ( "!esión dados& Disolución saturada: Tienen la ma(o! can#idad "osi'le de solu#o "a!a una #em"e!a#u!a ( "!esión dadas& En ellas e/is#e un e%uili'!io en#!e el solu#o ( el solen#e&
DISOLUCIONES VALORADAS O CUANIAIVAS A di+e!encia de las disoluciones em")!icas$ es#as s) #oman en cuen#a las can#idades numé!icas e/ac#as de solu#o ( solen#e %ue se u#ilizan$ es#a clasi0cación es mu( u#ilizada en el cam"o de la ciencia& Las medidas m*s u#ilizadas "a!a e/"!esa! la concen#!ación de las disoluciones cuan#i#a#ias son1 Mola!idad No!malidad -a!#es "o! Millon 2""m3 -o!cen#a4e 2masa5masa$ olumen5olumen$ ( masa5olumen3&
DISOLUCIONES IDEALES INRODUCCION Una disolución es una mezcla homogénea$ o sea un sis#ema cons#i#uido "o! una sola +ase %ue con#iene m*s de un com"onen#e& La +ase "uede se!1 sólida 2aleaciones$ &&3$ l)%uida 2agua de ma!$ disoluciones en el la'o!a#o!io$ 63 o gaseosa 2ai!e3& Cons#i#u(en#es 1 DISOL7ENTE 2medio dis"e!san#e3 SOLUTO 2sus#ancia dis"e!sa3 SISTEMA 8INARIO 2disoluciones de dos com"onen#es3 Es una disolución donde las moléculas de las dis#in#as es"ecies son #an "a!ecidas unas a o#!as$ %ue las moléculas de un com"onen#e de la disolución "ueden !eem"laza! a moléculas de o#!o com"onen#e sin modi0ca! la es#!uc#u!a es"acial o la ene!g)a de las in#e!acciones in#e!molecula!es de la disolución& Una disolución de dos com"onen#es A ( 8 es ideal si las in#e!acciones en#!e moléculas A5A$ A58 ( 858 son iguales& Es#a si#uación se da a"!o/imadamen#e en las es"ecies iso#ó"icas& 9:C;
LE! DE RAOUL Disolución ideal: Es a%uella en la %ue las moléculas de las dis#in#as es"ecies son #an seme4an#es unas a o#!as %ue las moléculas de uno de los com"onen#es "ueden sus#i#ui! a las del o#!o sin a!iación de la es#!uc#u!a es"acial de la disolución o de la ene!g)a de las in#e!acciones in#e!molecula!es&
Al conside!a! un sis#ema 'ina!io ideal en e%uili'!io$ "a!a cada com"onen#e "odemos es#a'lece!1
As)
Si la sus#ancia i es#uie!a en e%uli'!io con su a"o! ( en es#ado "u!o1
Des"e4ando el "o#encial es#anda! ( !eo!denando 1
E/"e!imen#almen#e se com"o!#amien#o ideal1 X i=
"uede
com"!o'a!
%ue
en
disoluciones
con
Pi ¿ Pi
La le( de Raoul# indica %ue en una mezcla 'ina!ia ideal l)%uido5l)%uido$ la "!esión "a!cial de a"o! de cada com"onen#e es di!ec#amen#e "!o"o!cional a su +!acción mola! en el l)%uido1 ¿
Pi = X i Pi
Donde1 Pi
:
-!esion "a!cial del com"onen#e i en la disolucion
Pi
:
-!esion del a"o! del com"onen#e i "u!o
X i
:
,!accion mola! del com"onen#e i en +ase li%uida
¿
"resión total # presiones parciales de una me$cla %inaria ideal
A "a!#i! de la le( de Raoul# se "uede conoce!$ "o! #an#o$ el "o#encial %u)mico1
¿
µ i ( l )= µi + RT ln x i
Desviaciones "ositivas # Ne&ativas Respecto a la Le# de Raoult
Desviaciones ne&ativas respecto a la Le# de Raoult' La disolución ace#ona5clo!o+o!mo "!esen#a unas "!esiones de a"o! in+e!io!es a las %ue "!edice la Le( de Raoul#& Es#a desiación es de'ida a %ue las +ue!zas in#e!molecula!es son ma(o!es en la disolución %ue en los com"onen#es "u!os& Como "uede o'se!a!se en la g!*0ca "a!a +!acciones mola!es de clo!o+o!mo "!ó/imas a 9$ el clo!o+o!mo cum"le la Le( de Raoul# mien#!as %ue la ace#ona cum"le la Le( de ;en!(& -a!a +!acciones mola!es de clo!o+o!mo "!ó/imas a >$ la ace#ona cum"le la Le( de Raoul# ( el clo!o+o!mo la de ;en!(&
Desviaciones positivas respecto a Raoult La disolución ace#ona5disul+u!o de ca!'ono "!esen#a "!esen#a "!esiones de a"o! su"e!io!es a las %ue "!edice Raoul#$ de'io a %ue las +ue!zas in#e!molecula!es en la disolución son meno!es %ue en los com"onen#es "u!os&
E?EM-LO Calcula! la "!esión de a"o! a :> @C de u na solución %ue con#iene 9> g!amos de glucosa disuel#os en 9B> g!amos de alcohol e#)lico& -!esión de a"o! del alcohol e#)lico a :> @C es B< mm ;g& SOLUCION La glucosa es C;9:O$ ( su masa molecula! es 9> gmol& El alcohol e#)lico es C;
140 g C 6 H 6 O .
1 mol 180 g
1 mol 46 g
= 0.833 molC 6 H 12 O6
=3.043 molC 6 H 6 O
La +!accion mola! del alcohol es
F
C 6 H 6 O=
n C 2 H 6 O n C 2 H 6 O + n C 6 H 12 O
=
3.043 mol
( 0.833 + 3.043 ) mol
= 0.785
Aho!a calculamos la "!esion de a"o! a "a!#i! de la e/"!esion de la le( de Raoul#1 PC H 2
6
O
=n
C 2 H 6 O
. P t
"otencial (uímico de un Componente en una Disolución Ideal E/"e!imen#almen#e se o'se!a %ue dos l)%uidos %ue se "a!ecen mucho en#!e s) +o!man una disolución ideal ( "!esen#an una a!iación en la ene!g)a li'!e de .i''s du!an#e el "!oceso de mezcla %ue iene dada "o!1
∆.mez=RT∑ iniln/i En el caso particular de una disolución binaria, nos queda:
∆.mez=RT( nAln/A+n8ln/8)
Potencial químico de una disolución ideal
∆.mez=.−.G=∑ iniHi−∑ iniHGi Igualando esta última ecuación a la (1)
∑ iniHi−∑ iniHGi=RT∑ iniln/i Agrupando términos
∑ iniHi=∑ ini(HGi+RTln/i) Para que se cumpla la ecuación es necesario que:
Hi=HGi+R#ln/i En termodinmica la de!inición rigurosa de disolución ideal, es aquella en la cual todo componente obedece a la ecuación
)i=)*i+Rln+i
para todas las composiciones"
,a&nitudes de ,e$cla en Disoluciones Ideales ∆.mez=.−.G=∑ ini( Hi−HGi)=RT∑ iln/i ∆.mez<0para un proceso espontneo e irre#ersible"
(
)
-=0 ∆7mez= ∂∆gmez∂- n 4,
Al no depender ∆.mez de la presión
∆7mez es nulo" Al me$clar dos componentes que !ormen
una disolución ideal no se produce aumento ni disminución de #olumen con respecto a los componentes puros"
(
∆Smez=− ∂∆gmez∂ T
)
n 4 , T=−R
∑ iniln/i
∆Smez suele ser positi#a %a que al me$clarse los componentes el sistema se desordena aumentando su entropía"
∆.mez=∆;mez− T∆Smez &e esta ecuación concluimos que, ∆;mez=0
∆;mez=∆Umez+-∆7mez &ado que ∆;mez % ∆7mez son cero, concluimos que ∆Umez=0
LeydeDal t on Es t al eyes t abl ececomoenunci ado:
" Lapr e s i o nt o t a ldeuname z c l ae si g ua lal as umadel a spr e s i o ne sp ar c i a l e sq uee j e r c e n ́ l o sg a s e sdef o r mai nde pe ndi e nt e " Obs e r val as i g ui e nt ei ma e n,at r a v e sdel ac ua ls ep ue d ec o mpr o ba re le n unc i a dod e s t a ́g ́ ́e l e y
De acue!do con el enunciado de és#a le($ se "uede deduci! la siguien#e e/"!esión ma#em*#ica1
"total- ". / "0 / "1 / '''' En donde1 ".2 "02 "12 ''' - Se !e0e!e a las "!esiones "a!ciales de cada gas& -a!a halla! la "!esión "a!cial de cada gas en una mezcla$ es necesa!io mul#i"lica! la "!esión #o#al "o! la +!acción mola! !es"ec#ia al gas& Es#a'leciendo la siguien#e e/"!esión ma#em*#ica1
"parcial- 34&as5 ' "total 3- ,!acción Mola! E4em"lo .' Una muestra de aire solo contiene nitró&eno # o+í&eno &aseoso2 cu#as presiones parciales son 6276 atmós8era # 6206 atmós8era2 respectivamente' Calcula la presión total del aire' "rimer paso: Iden#i0ca! los da#os %ue '!inda el enunciado& P(N)= 0,80 atm P(O)= 0,20 atm
Se&undo paso: Conoce! la incogni#a o in#e!!ogan#e& -#o#al J
ercer paso: Sus#i#ui! los da#os en la e/"!esión ma#em*#ica ( e+ec#ua! el calculo& Pt= P(N) + Pt= 0,80
P(O)
atm + 0,20 atm
"t- . atm
Di s ol uci onesdi l ui dasi deal es Es una disolución, en la cual, las moléculas de soluto interaccionan solo con las de disol#ente, debido a la alta dilución a la que se encuentran los solutos" El potencial químico del disol#ente en una disolución diluida ideal, #iene dado por:
HA=HGA+R#ln/A El potencial químico del soluto en una disolución diluida ideal, es:
Hi=H0i+R#ln/i
Es t adosNormal esenDi s ol uci onesDi l ui dasI deal es Di s ol vent e( A) HA=H0A+R#ln/A
Para de!inir el estado normal debemos anular el término RTln/A % para ello 'acemos
/A→1para
que ln/A→0
H0A=HGA( T, -) El estado normal del disol#ente se de!ine como disol#ente puro a la temperatura % presión de la disolución" Soluto (i)
Hi=H0i+R#ln/i Para de!inir el estado normal debemos 'acer que /i→1 , pero cuando /i aumenta la disolución dea de ser diluida ideal" Esto nos obliga a de!inir el estado normal
H0i de !orma !icticia"
H0i se de!ine como el estado en el cua l i es puro % adems cada molécula de i eperimenta las mismas !uer$as intermoleculares que en una dislución diluida ideal"
LeydeHenry *a *e% de +enr% nos da la presión de #apor de un soluto en u na disolución diluida ideal" Para el disol#ente sigue aplicndose la *e% de aoult" -A=/A-GA
-ea una disolución diluida ideal que contiene un disol#ente A % solutos (1,."""i)" /amos a calcular la presión que eerce el soluto i en la !ase gas" 0na #e$ alcan$ado el equilibrio:
Hi, T, -) =Hi, T, -) l( ( -ustitu%endo los potenciales químicos por sus #alores
H0i, T, -) T) l( +RTln/i=H0i, ( +R#ln-i-0 Agrupando términos % aplicando propiedades de logaritmos neperianos
H0i, T, -) −H0i, T)/RT=ln-i/i-0 l( ( &espeando
-0eH0i, l( T, -) −H0i, ( T)/RT =-i/i &onde K ; es la constante de +enr%
-i=K h/i *Solubilidad de gases en líquidos Para los gases poco solubles en líquidos, la disolución se aproima a ideal, cumpliendo la *e% de +enr% para el soluto" omo puede obser#arse en la gr!ica, cuando la presión es ele#ada se produce una des#iación respecto a +enr%, debido a que la disolución dea de comportarse como diluida ideal"
