MEZCLAS DE MEZCLAS DE SUSTANCIASSUSTANCIAS

DisolucionesDisoluciones

CONTENIDOCONTENIDO

1.- Definiciones. Formas de expresar la concentración.

2.- Concepto de disolución ideal. Ley de Raoult.

3.- Magnitudes termodinámicas de mezcla.

4.- Disoluciones binarias ideales. Diagramas P-x y T-x.

5.- Magnitud parcial molar

6.- Propiedades coligativas.

DEFINICIONES. FORMAS DE EXPRESARDEFINICIONES. FORMAS DE EXPRESARLA CONCENTRACIÓN.LA CONCENTRACIÓN.11

Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias.

Clasificación de las disoluciones

• Dependiendo de la naturaleza de la fase:

Sólida Líquida Gaseosa

• Dependiendo del número de componentes:

* Binaria* Ternaria* Cuaternaria . . .

Disolvente: Componente que está presente en mayorcantidad o que determina el estado de lamateria en la que existe una disolución.

Solutos: Los restantes componentes.

Clasificación de las disoluciones líquidas

• Dependiendo del estado del soluto:

Soluto sólido Soluto líquido Soluto gaseoso

• Dependiendo del disolvente: AcuosasNo acuosas

• Dependiendo de la naturaleza del soluto:

Electrolíticas: soluto se disocia en iones (ej. sal)(conducen la corriente eléctrica)

No electrolíticas: soluto no se disocia en iones (ej. azúcar)(no conducen la corriente eléctrica)

La descripción de una disolución implica conocer suscomponentes y sus cantidades relativas concentración.

Formas de expresar la concentración

• Fracción molar (x)

Tot

ii n

nx

1xi

i

• Representa el tanto por uno en moles de i• Adimensional• 0 xi

• Molalidad (m)

disolvente kg

nm i

i • Unidades: molkg-1 (molal,m)• Ventaja: No varía con T

• Molaridad (M)• Unidades: molL-1 (molar,M)• Desventaja: Varía con T• Ventaja: Facilidad para medir V

disolución L

nM i

i

• Normalidad (M)• Unidades: equivL-1 (normal,N)• Desventaja: depende de la reacción

disolución L

(i) esequivalentN i

equivalentes (i) = ni valencia Protones transferidos en rcc. ácido-baseElectrones transferidos en rcc. redox

• Porcentaje en peso (% p/p)

100disolución masa

soluto masapeso% 610

disolución masa

soluto masappm

Partes por millón (ppm)

CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL.CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL.LEY DE RAOULT.LEY DE RAOULT.22

1) Descripción fenomenológica: PV = nRT2) Descripción molecular:

• Moléculas puntuales (V despreciable).• No existen interacciones intermoleculares entre ellas.

Estudio de los gases: Fácil gracias al modelo del gas ideal.

• Modelo sencillo para predecir su comportamiento.• Referente para el estudio de gases reales.

Ley de RaoultLey de Raoult

P1 = P° 1

La presión de vapor del solvente en presencia de un soluto es proporcional a la

fracción molar del solvente.

Una solución que cumple la ley de Raoult a cualquier concentración es

una solución ideal.François Marie Raoult

(1830-1901)

Ley de Raoult P1 = P* 1

Fracción molar de A, A

Pre

sión

PA, puro

PB, puro

Es decir que la

presión de

vapor del

soluto crece

linealmente

con su

fracción molar

Si un soluto tiene una presión de vapor medible, la presión de

vapor de su disolución siempre es menor que la del disolvente

puro. De esta forma la relación entre la presión de vapor de la

solución y la presión de vapor del disolvente depende de la

concentración del soluto en la disolución. Esta relación entre

ambos se formula mediante la ley de Raoult mediante la cual:

«la presión parcial de un disolvente sobre una disolución está

dada por la presión de vapor del disolvente puro Po1,

multiplicada por la fracción molar del disolvente en la

disolución ».

P = Po X

»Ley de Raoult

Desviaciones de la Ley de Raoult

Desviación positiva

A-B < A-A ó B-B

Desviación Negativa

A - B > A-A ó B-B

Ejercicio Disolvemos 15,0 g de un soluto no volátil en 250 g de benceno

puro (C6H6 ), con lo cual se obtiene una disolución que a 30ºC tiene una presión de vapor de 120,2 mm de Hg. Determinar por este procedimiento la masa molecular aproximada del soluto.

Datos: Pesos atómicos: C = 12,0 ; H = 1,0 ; P vapor del benceno a 30ºC = 121,8 mm de Hg

SOLUCION La expresión de la Ley de Raoult que nos da el descenso de la

presión de vapor de un disolvente al disolver en él un soluto no volátil es:

P = Pvo . X DISOLV P = Pv

o . n DISOLV / n DISOLV + n SOLUTO

P = Pvo (n DISOLV / n DISOLV + n SOLUTO )

120.2 mmHg =121,8 mm Hg ( 250g / 78 g/mol / 250g / 78 g/mol +15 g/PMsoluto )

120.2 mmHg =

121,8 mm de Hg (250g / 78 g/mol / 250g / 78 g/mol +15 g/Pmsoluto)

120.2 mmHg =121.8 mm Hg( 3.20 mol / 3.20 mol + 15 g /Pmsoluto)

PM soluto= ?

MODELO DE LA DISOLUCIÓN IDEAL

1) Descripción molecular

Disolución en la cual las moléculas de las distintas especies son tansemejantes unas a otras que las moléculas de uno de los componentespueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variación de laestructura espacial de la disolución ni de la energía de las interaccionesintermoleculares presentes en la misma.

2) Descripción fenomenológica

*i

Lii PxP Ley de Raoult

Presión de vapor del líquido i puro

Fracción molarde i en la

disolución líquida

Presión parcial de i en el vaporen equilibrio con la disolución

MAGNITUDES TERMODINÁMICASMAGNITUDES TERMODINÁMICASDE MEZCLA.DE MEZCLA.33

Magnitud de mezcla: Diferencia entre el valor de la magnituden la disolución y la de los componentes puros.

Compuestos puros Disolución YM = Ydisoluc – Y*

VM = 0 no hay cambio de volumen al formarse la disolución,

pues no cambia la estructura espacial.

En el caso de una disolución ideal (T y P ctes)

EM = 0 pues no cambia la energía de las interacciones al formarse.

HM = 0 no hay calor de mezcla a P cte; ni absorbe ni desprende Q.

SM > 0 aumenta el desorden.

GM < 0 formación de la disolución: espontánea.

DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES.DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES.DIAGRAMAS P-x y T-x.DIAGRAMAS P-x y T-x.44

(1+2)

(1+2)

L

V Disolución ideal de los componentes 1 y 2(ambos volátiles)

Equilibrio L V

Disoluciónideal

Ley deRaoult *

2L22

*1

L11

PxP

PxP

En el vapor, de acuerdo con la ley de Dalton:

TO TV22TO T

V1121TO T PxP;PxP;PPP

Con estas expresiones puedo conocer la composición del vaporsabiendo la del líquido .

Diagrama de fases P-x(T = cte)

P

x10 1

P1*

P2*

Líquido

Vapor

L + V

Diagrama T-x (a P cte)

Representamos la temperatura de ebullición de la disoluciónen función de la fracción molar.

Aplicación: Destilación

Destilación simple

Como el vapor es más rico en elcomponente más volátil que ellíquido original es posible separarlos 2 componentes de una disoluciónideal por destilaciones sucesivas.

Destilación fraccionada

Se construye una columna de destilación donde se producen un grannúmero de condensaciones y revaporizaciones sucesivas.

Destilado(vapor condensado,rico en componentemás volátil)

Residuo(líquido residual,rico en componentemenos volátil)

MAGNITUD MOLAR PARCIAL (MMP)

A P , T y n constantes, es la derivada parcial de la variable extensiva X con respecto a la variación del número de moles ni de una de las sustancias del sistema.

La propiedad molar parcial se representa por Xi. La expresión es la siguiente:

5

Las magnitudes molares parciales se usan en mezclas para indicar la no aditividad de las propiedades extensivas de las mismas, es decir, la propiedad de la mezcla no es igual a la suma de la propiedad de los componentes puros por separado.

Así, el volumen molar de una mezcla binaria no es la suma de los volúmenes molares de los componentes puros:

La propiedad molar parcial de una sustancia pura es igual a la magnitud molar correspondiente:

Matemáticamente las magnitudes molares

parciales son funciones homogéneas de grado cero, es decir, no dependen de la cantidad de sustancia, por tanto variables intensivas

PROPIEDADES COLIGATIVAS.PROPIEDADES COLIGATIVAS.66

1. Disminución de la presión de vapor2. Aumento de la temperatura de ebullición3. Descenso de la temperatura de fusión/congelación4. Presión osmótica

La formación de una disolución tiene consecuencias sobreuna serie de propiedades: propiedades coligativas.

Propiedades que dependen únicamente de la cantidad(concentración) de soluto añadida (moles o moléculas

de soluto), pero no de su naturaleza (de qué soluto sea).

Estudiaremos disoluciones diluidas ideales (no electrolíticas)formadas por un disolvente volátil (1) y un soluto no volátil (2).

6.1. Disminución de la presión de vapor6.1. Disminución de la presión de vapor

Como el soluto es no volátil, la presión del vapor de la disolución (P)corresponderá a la presión de vapor del disolvente (P1).

L2

*1

L1

*1

*1

L1

*11

*1 xP)x1(PPxPPPP

¿Cuánto disminuye la presión de vapor al formarse la disolución?

Aplicación: determinación de pesos moleculares.

*1

L1

*1

L11

PP1x Como

PxPP

(pues el disolvente obedece la ley de Raoult)

La presión de vapor de la disoluciónes menor que la del disolvente puro.

Comienzo Más tarde

Descenso de la presión de vapor

6.2. Aumento ebulloscópico6.2. Aumento ebulloscópico

Consecuencia de ladisminución de la presión de vapor

la temperatura de ebulliciónde la disolución es mayorque la del disolvente puro.

¿Cuánto? Teb = Teb Teb* = keb m

Aplicación: determinación de pesos moleculares ebulloscopía.

Constanteebulloscópica

• Propiedad del disolvente (no depende del soluto)• Unidades: Kkgmol-1

6.3. Descenso crioscópico6.3. Descenso crioscópico..

La adición del solutoprovoca un descensodel punto de fusión.

Tf = Tf*

Tf = kf m

Constantecrioscópica

• Propiedad del disolvente (no depende del soluto)• Unidades: Kkgmol-1

kf > keb

El descenso crioscópico es más acusado que el aumento ebulloscópico

• Determinación de pesos moleculares crioscopía• Anticongelantes, añadir sal a las carreteras, ...Aplicaciones

Constantes crioscópicas y ebulloscópicas

Disolvente

AcetonaBencenoAlcanforCCl4

CiclohexanoNaftalenoFenolAgua

Pto.fusión/ºC

95.355.5

179.8-236.5

80.5430

kf/Kkgmol-1

2.405.1239.729.820.16.947.271.86

Pto.ebull./ºC

56.280.120476.580.7

212.7182100

keb/Kkgmol-1

1.712.535.614.952.795.803.040.51

Ejercicio Una disolución contiene 4,50 g de una sustancia “no electrolito”

disuelta en 125 g de agua congelada a -0,372ºC. Calcular la masa molecular aproximada del soluto

SOLUCIÓN

La disolución de un soluto no volátil en un disolvente hace que el punto de congelación de éste descienda; este fenómeno recibe el nombre de crioscopía, y la fórmula que lo regula es:

ΔT = kf.m

Donde :T la variación del punto de congelación del disolvente ;

kf es la constante crioscópica molal del disolvente, nos indica el valor del descenso del punto de congelación cuando se tiene una disolución 1 molal. Es característico de cada disolvente, y para el caso del agua vale 1,86ºC

m es la molalidad de la disolución.

Aplicando directamente la fórmula en la cual desarrollamos la expresión que nos da la molalidad:

ΔT = kf .m m= n /kg disolvente

ΔT = kf gramos de soluto/M / Kg disolvente

0 - (-0,372) = 1,86. 4.50 /M / 0,125

Masa molecular = 180 g / mol

6.4. Presión osmótica6.4. Presión osmótica..

Membrana semipermeable:Permite que pequeñas

moléculas pasen a su través,pero las grandes no.

Ósmosis: Flujo de disolvente a través de una membranasemipermeable hacia el seno de una disolución más concentrada.

La presión necesaria para detener el flujo: Presión osmótica ()

Presión osmótica

= c R T Ecuación de van’t Hoff

Molaridad

Importancia en los seres vivos:

• Paredes celulares actúan como membranas semipermeables: permiten el paso de moléculas pequeñas (agua, moléculas de nutrientes) pero no de grandes (enzimas, proteínas, ...).

• Determinación de pesos moleculares osmometría. (especialmente para moléculas con altos pesos moleculares como, p.ej., macromoléculas biológicas).

• Ósmosis inversa desalinización (aplicar a la disolución una presión mayor que la , provocando un flujo de salida del disolvente).

Aplicaciones

• Glóbulos rojos de la sangre

Disolución isotónica(misma que los

fluidos intracelularesde los glóbulos)

Disolución hipotónica(menor

(entra agua y puede causarla ruptura: hemólisis)

Disoluc. hipertónica(mayor

(sale agua: crenación)

Suero fisiológico

Ejercicio Calcular la presión osmótica de una disolución de ácido fórmico

(HCOOH) que contiene 1 g/1 de ácido y está a 20ºC. SOLUCIÓN El ácido fórmico es una sustancia que en disolución se disocia en

parte (es un electrolito débil, por lo que no podríamos aplicarle la expresión de Van’t Hoff de la presión osmótica, pero dado que no se nos dan datos sobre esta disolución, vamos a considerarlo una sustancia “no electrolito”, y por tanto, aplicarle esa expresión de Van’t Hoff para el cálculo de la presión osmótica.

La masa molecular del ácido fórmico es: 46 g/ mol π = c R.T π .V = n soluto .R.T π .V = g soluto /PM soluto .R. π .1 = 1/46 g/mol . 0.082 atm.l / mol oK . 293 oK

π = 0.52 atmósferas