Disoluciones

Química General IQuímica General I

Profesor: Profesor:

Ing. Justo Huayamave N.Ing. Justo Huayamave N.

CAPITULO 5: CAPITULO 5:

SolucionesSoluciones

Soluciones y sus propiedadesSoluciones y sus propiedades

Solubilidad: efecto de temperatura y Solubilidad: efecto de temperatura y presión.presión.

Formas de expresar la concentración; Formas de expresar la concentración; Tanto por ciento, Tanto por ciento, Molaridad Molaridad NormalidadNormalidad Molalidad Molalidad Fracción-molFracción-mol Partes por millón (p.p.m.)Partes por millón (p.p.m.)

Clases de soluciones: Clases de soluciones: diluidas y concentradas.diluidas y concentradas. saturadas, insaturadas y sobresaturadas;saturadas, insaturadas y sobresaturadas;

– – ContenidoContenido


Tipos de soluciones: gaseosas, liquidas y Tipos de soluciones: gaseosas, liquidas y sólidos.sólidos.

Naturaleza de las soluciones: solvente y Naturaleza de las soluciones: solvente y soluto; soluto; soluciones moleculares, soluciones moleculares, soluciones iónicas, soluciones iónicas, dispersiones coloidales y las superposiciones.dispersiones coloidales y las superposiciones.

Método de preparación: soluciones sólido-Método de preparación: soluciones sólido-líquido.líquido.

Métodos de determinación de la Métodos de determinación de la concentración de soluciones.concentración de soluciones.



Propiedades coligativas; Propiedades coligativas; Abatimiento de la presión de vapor, Abatimiento de la presión de vapor, Ósmosis y la presión osmótica, Ósmosis y la presión osmótica, Abatimiento del punto de congelación, Abatimiento del punto de congelación, Elevación del punto de ebullición.Elevación del punto de ebullición.

Soluciones líquidas en líquidos. La ley de Soluciones líquidas en líquidos. La ley de Raoult. Raoult.

Solución gas líquido. Ley de Henry.Solución gas líquido. Ley de Henry. Coloides: tipos de coloides, coagulación, Coloides: tipos de coloides, coagulación,

asociación coloidal.asociación coloidal.


Solución o DisoluciónSolución o Disolución

Mezcla homogénea de dos o mas Mezcla homogénea de dos o mas sustancias.sustancias.

Están formadas por solvente Están formadas por solvente ((disolventedisolvente) y soluto.) y soluto.

Solvente: medio en cual se Solvente: medio en cual se disuelve el soluto y se encuentra disuelve el soluto y se encuentra en mayor cantidad o porcentaje en mayor cantidad o porcentaje en la solución.en la solución.

Existen soluciones gaseosas, Existen soluciones gaseosas, líquidas y sólidas.líquidas y sólidas.

Tipos de solucionesTipos de soluciones

Estado de la disolución

Estado del disolvente Estado del soluto Ejemplo

Gas Gas Gas Aire

Líquido Líquido Gas Oxígeno en agua

Líquido Líquido Líquido Alcohol en agua

Líquido Líquido Sólido Sal en agua

Sólido Sólido Gas Hidrógeno en platino

Sólido Sólido Líquido Mercurio en plata

Sólido Sólido Sólido Plata en oro

Los procesos proceden hacia una Los procesos proceden hacia una disminución de energía, e disminución de energía, e incrementando el desorden en el incrementando el desorden en el sistema.sistema.

La facilidad del proceso de disolución La facilidad del proceso de disolución depende de dos factores:depende de dos factores: Cambio de energía (entalpía) Cambio de energía (entalpía)

exotérmica o endotérmica.exotérmica o endotérmica. Cambio de desorden (entropía) que Cambio de desorden (entropía) que

acompaña al proceso.acompaña al proceso.

Proceso de disoluciónProceso de disolución

Atracciones soluto-solutoAtracciones soluto-soluto Atracciones disolvente-disolvente.Atracciones disolvente-disolvente. Atracciones disolvente-soluto.Atracciones disolvente-soluto.

Fuerzas intervenientes en el proceso de Fuerzas intervenientes en el proceso de disolucióndisolución

Es aquella que se encuentra en Es aquella que se encuentra en equilibrio dinámico con el soluto no equilibrio dinámico con el soluto no disuelto, a una determinada disuelto, a una determinada temperatura.temperatura.

Soluciones saturadasSoluciones saturadas

Soluto sin Soluto sin disolverdisolver

Soluto Soluto disueltodisuelto

Velocidad de disolución

Velocidad de cristalización

Soluciones saturadasSoluciones saturadas

Velocidad de Velocidad de cristalizacióncristalización

Velocidad de Velocidad de disolucióndisolución

Soluto Soluto disueltodisuelto

Soluto no Soluto no disueltodisuelto

Aquella en la cual la concentración Aquella en la cual la concentración del soluto es menor que en una del soluto es menor que en una solución saturada, bajo las mismas solución saturada, bajo las mismas condiciones.condiciones.

Soluciones insaturadasSoluciones insaturadas

Exotérmico:Exotérmico: reactivos reactivos productos +calor productos +calor Endotérmico:Endotérmico: reactivos +calor reactivos +calor productos productos

Efecto de la temperatura en la Efecto de la temperatura en la solubilidadsolubilidad

Exotérmico: reactivos Exotérmico: reactivos productos+calor productos+calor Endotérmicos: reactivos+calor Endotérmicos: reactivos+calor productos productos

Efecto de la temperatura en la Efecto de la temperatura en la solubilidadsolubilidad

Formas cuantitativas Formas cuantitativas

La concentración de una solución indica la La concentración de una solución indica la cantidad de soluto presente en una cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de una disolución.determinada cantidad de una disolución.

Formas de expresar la concentraciónFormas de expresar la concentración

Porcentaje en masa, Porcentaje en masa, Fracción-molar Fracción-molar Molaridad Molaridad Molalidad Molalidad NormalidadNormalidad Partes por millón (p.p.m.)Partes por millón (p.p.m.)

Porcentaje en masaPorcentaje en masa

%100*disolución

soluto masaen Porcentaje

lademasa

delmasa

Fracción molarFracción molar

disolvente masasoluto moles

soluto del molesolutoX

s

Molaridad (M) Molaridad (M)

L

moles: unidades ;

disolución de litros

soluto del molesM

Molalidad (m)Molalidad (m)

disolvente de g

soluto del molesm

K

Normalidad (N)Normalidad (N)

disolución de litros

gramo eequivalent númeroN

Partes por millón (p.p.m.)Partes por millón (p.p.m.)

disolución Lsoluto de mg

p.p.m.

EjercicioEjercicio

1.-Calcule el porcentaje de cloruro de sodio 1.-Calcule el porcentaje de cloruro de sodio si se disuelven 19.0g de esta sal en si se disuelven 19.0g de esta sal en suficiente agua para hacer 75g de solución.suficiente agua para hacer 75g de solución.

Solución:Solución:%100*

m

mmasaen Porcentaje

disolución

soluto

%33.25%100*solución 75g

NaCl 19.00g

2.-Calcule los gramos de sulfato de potasio 2.-Calcule los gramos de sulfato de potasio que deben disolverse en 350g de Hque deben disolverse en 350g de H22O para O para tener una disolución al 17% de tener una disolución al 17% de concentración en masa.concentración en masa.

EjercicioEjercicio 3.-Calcule la molaridad de una solución 3.-Calcule la molaridad de una solución

compuesta por 75.5g de alcohol etílico compuesta por 75.5g de alcohol etílico (C(C22HH55OH) en 450mL de disolución.OH) en 450mL de disolución.

Solución:Solución:

molesmolg

g8875.1

/40

5.75

molecular Peso

masan moles #

LmL

LmLVLitros 45.0

1000

1*450

solución

moles #

V(L)

nM

M2.40.45L

moles 1.8875M

EjercicioEjercicio 4.-Calcule la normalidad de una disolución 4.-Calcule la normalidad de una disolución

que tiene un volumen de 975mL y en la que que tiene un volumen de 975mL y en la que están disueltos 8.85g de hidróxido de están disueltos 8.85g de hidróxido de sodio.sodio.


disoluciónL

eq.g de númeroN

-OH #

Molecular PesoNaOH eq.g 1

g401

40NaOH eq.g 1

eq.g 1

masa eq.g número

22125.040g

8.85g eq.g número

NaOH 0.975L

0.22125N

227.0N

EjercicioEjercicio 5.-Calcule la molaridad, molalidad, y 5.-Calcule la molaridad, molalidad, y

normalidad de una solución de nitrato de normalidad de una solución de nitrato de calcio Ca(NOcalcio Ca(NO33))22 al 25% (densidad de la al 25% (densidad de la solución = 1.21g/mL).solución = 1.21g/mL).


molesg

g 152.0)Ca(CO164

)Ca(CO mol 1*)Ca(CO .25

molecular Peso

masan

23

2323moles #

Lg

solucióngmVLitros 082.0cm64.82

/cm21.1

100 33

solución

moles #

V(L)

nM

L

molesM 8.18.1

0.0826L

moles 0.152M

De 100g de disolución = 25g Ca(CO3)2 + 75g H2O

disolvente de g

soluto del molesm

K Kgmol

Kg/02.2

075.0

moles 0.152m

soluciónL

eq.g #N

g822

164g)Ca(NO eq.g 1 23

3.082g

25g eq.g#

63.30.0826

0.3N

Solución del ejercicioSolución del ejercicio

Las propiedades físicas que dependen del Las propiedades físicas que dependen del número de las partículas del soluto en la número de las partículas del soluto en la disolución y no de naturaleza de las disolución y no de naturaleza de las partículas del soluto se denominan partículas del soluto se denominan propiedades coligativas.propiedades coligativas.

Propiedades coligativas de las Propiedades coligativas de las disolucionesdisoluciones

Abatimiento de la presión de vaporAbatimiento de la presión de vaporElevación del punto de ebulliciónElevación del punto de ebulliciónAbatimiento del punto de congelaciónAbatimiento del punto de congelaciónPresión osmótica Presión osmótica

Ley de RoultLey de Roult La presión de vapor de un disolvente en La presión de vapor de un disolvente en

una solución ideal disminuye al reducir la una solución ideal disminuye al reducir la fracción molar.fracción molar.

Matemáticamente se expresa:Matemáticamente se expresa:

Abatimiento de la presión de vaporAbatimiento de la presión de vapor

disolventedisolventedisolvente PXP X X disolventedisolvente: fracción molar del disolvente en : fracción molar del disolvente en

la solución. la solución. P°P°disolventedisolvente: presión de vapor del disolvente : presión de vapor del disolvente

puro.puro. PPdisolventedisolvente: presión de vapor del disolvente : presión de vapor del disolvente

en la solución.en la solución.

Abatimiento de la presión de vaporAbatimiento de la presión de vapor

disolventedisolventedisolvente PPP

Ahora:Ahora:

)( disolventedisolventedisolventedisolvente PXPP

disolventedisolventedisolvente PXP )1(

1 solutosolvente XX Entonces: Entonces:

disolventesolutodisolvente PXP

Ejercicio 1.Ejercicio 1. 1.-Determine el abatimiento de la presión 1.-Determine el abatimiento de la presión

de vapor a 25° C de una solución acuosa de de vapor a 25° C de una solución acuosa de sacarosa (Csacarosa (C1212HH2222OO1111) de 1.25m, la presión ) de 1.25m, la presión de vapor del agua pura a 25° C es de de vapor del agua pura a 25° C es de 23.8torr.23.8torr.


disolventesolutodisolvente PXP

OH 1000gOH 1 22 kg

moles5.55OH 18g

OH mol 1*OH 1000g

2

22

022.01.2555.5

1.25

carosa)soluto (saX

torrtorrP 524.0)8.23(022.0

1 atm

Sólido

Líquido

Gas

Disolvente sólido puro

Punto triple del disolvente

Disolvente líquido puro

Disolución

Punto de ebullición de la disolución

Punto de ebullición del disolventePunto de

congelación del disolvente

Punto de congelación de la disolución

Punto triple de la disolución

Pre

sió

n d

e

vap

or

ΔTf ΔTb

Elevación del punto de ebulliciónElevación del punto de ebullición

Temperatura

Elevación del punto de ebulliciónElevación del punto de ebullición

NOTA:NOTA: punto de ebullición de un líquido es punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de la temperatura a la cual la presión de vapor en la superficie es igual a la presión vapor en la superficie es igual a la presión atmosférica.atmosférica.

La presión de vapor de un disolvente a una La presión de vapor de un disolvente a una temperatura dada, desciende por la temperatura dada, desciende por la presencia de soluto no volátil.presencia de soluto no volátil.

mKT bb

bT

bT

bK

Elevación del punto de ebullición del disolventeElevación del punto de ebullición del disolvente

Punto de ebullición solución – Punto de ebullición solución – punto de ebullición del punto de ebullición del disolventedisolventeConstante de proporcionalidad – llamada Constante de proporcionalidad – llamada constante molal del punto de ebulliciónconstante molal del punto de ebullición

Disolvente Punto de ebullición °C

Kb °C/m

Agua 100 0.512

Benceno 80.1 2.53

Ácido acético 118.1 3.07

Nitrobenceno

210.88 5.24

Fenol 1.82 3.56

Constantes del punto de ebulliciónConstantes del punto de ebullición

Ejercicio 1. Ejercicio 1. Cual es el punto de ebullición de una Cual es el punto de ebullición de una

solución de sacarosa 1.25m.solución de sacarosa 1.25m.

1.25m*512.0m

CTb

CTb 640.0

Punto de ebullición del agua 100°C.Punto de ebullición del agua 100°C. Punto de ebullición de la solución:Punto de ebullición de la solución:

CCC 64.100640.0100

Disminución del punto de Disminución del punto de congelacióncongelación

El punto de congelación de soluciones de El punto de congelación de soluciones de no electrolitos disminuye por la presencia no electrolitos disminuye por la presencia de soluto no electrolito.de soluto no electrolito.

mKT ff

fT

ff TTT 1

fK

Punto de congelación del disolvente pero menor Punto de congelación del disolvente pero menor punto de congelación de la soluciónpunto de congelación de la solución

Constante de abatimiento del punto de Constante de abatimiento del punto de congelación de una solución de un electrolito no congelación de una solución de un electrolito no volátilvolátil

Disolvente Punto de congelación °C

Kf °C/m

Agua 0 1.86

Benceno 5.48 5.12

Ácido acético

16.6 3.90

Nitrobenceno

5.7 7.00

Fenol 43 7.40

Constantes del descenso del punto Constantes del descenso del punto de congelaciónde congelación

Ejercicio.Ejercicio. Cuando se disuelven 15.0g de alcohol Cuando se disuelven 15.0g de alcohol

etílico Cetílico C22HH55OH, en 750g de ácido fórmico OH, en 750g de ácido fórmico HCOOH, el abatimiento del punto de HCOOH, el abatimiento del punto de congelación de la solución es de 7.20° C. el congelación de la solución es de 7.20° C. el punto de congelación del ácido fórmico es punto de congelación del ácido fórmico es de 8.40° C. evaluar Kde 8.40° C. evaluar Kff para el ácido para el ácido fórmico.fórmico.

m

TkmkT f

fff

SoluciónSolución

m

TkmkT f

fff

solvente

soluto

Kg

nm

326.0OHHC 46g

OHHC 15g

52

52 soluton

HCOOH 0.750Kg Kg solvente

436.00.750

326.0 m

CCCTTT fff 20.120.740.8solución fórmico ác.

mCmC

m

TK f

f /75.2436.020.1

Propiedades coligativas de las Propiedades coligativas de las disolucionesdisoluciones

ÓsmosisÓsmosis Presión osmóticaPresión osmótica

Presión osmóticaPresión osmótica Osmosis:Osmosis: proceso espontáneo por el cual proceso espontáneo por el cual

las moléculas del disolvente atraviesan una las moléculas del disolvente atraviesan una membrana semipermeable de una solución membrana semipermeable de una solución de de menormenor concentración hacia una solución concentración hacia una solución de de mayormayor concentración de soluto. concentración de soluto.

Membrana semipermeable

PresiónPresiónosmóticaosmótica

Presión osmóticaPresión osmótica La presión osmótica (La presión osmótica (ΠΠ) de una disolución ) de una disolución

en la que se requiere para detener la en la que se requiere para detener la ósmosis.ósmosis.

La presión osmótica de una disolución esta La presión osmótica de una disolución esta dada por:dada por:

MRT M: molaridad de la disoluciónM: molaridad de la disolución R: constante universal de los gases R: constante universal de los gases

(0.082atm L/mol K)(0.082atm L/mol K) T: temperatura absoluta.T: temperatura absoluta.

Disoluciones con dos o mas Disoluciones con dos o mas componentes volátilescomponentes volátiles

Una disolución de componente A y B Una disolución de componente A y B volátiles entonces:volátiles entonces:

AAA PXP yy BBB PXP

La presión total según Dalton es la suma La presión total según Dalton es la suma de las presiones parciales:de las presiones parciales:

BBAABAtotal PXPXPPP

EJERCICIO:EJERCICIO:

toluenotoluenobencbenctoluenobencenototal PXPXPPP

A 20° C la presión de vapor del benceno A 20° C la presión de vapor del benceno (C(C66HH66) es de 75torr, y la del tolueno (C) es de 75torr, y la del tolueno (C77HH99) ) es 22torr.es 22torr.

a)a) determine la composición en fracciones determine la composición en fracciones molares de una disolución que tiene una molares de una disolución que tiene una presión de vapor de 35 torr a 20° Cpresión de vapor de 35 torr a 20° C

b)b) calcule la fracción molar del benceno en calcule la fracción molar del benceno en el vapor.el vapor.

1 toluenobenceno XX

toluenotoluenobenctoluenototal PXPXP 1



toluenobencenotoluenobenctotal PPXPP


torrtorrXtorrtorr tolueno 22757535

75.05340

torrtorr

X tolueno

246.0bencenoX

754.0toluenoX


A 63.5° C, la presión de vapor del agua es A 63.5° C, la presión de vapor del agua es de 175 torr, y la del etanol (Cde 175 torr, y la del etanol (C22HH55OH), de OH), de 400torr. Se prepara una disolución 400torr. Se prepara una disolución mezclando masas iguales de Hmezclando masas iguales de H22O y CO y C22HH55OH.OH.

a)a) calcular la fracción molar del etanol en calcular la fracción molar del etanol en la disolución.la disolución.

b)b) suponiendo un comportamiento de suponiendo un comportamiento de disolución ideal, calcule la presión de disolución ideal, calcule la presión de vapor de la disolución a 63.5° C.vapor de la disolución a 63.5° C.

c)c) calcule la fracción molar de etanol en el calcule la fracción molar de etanol en el vapor que esta sobre la disolución. vapor que esta sobre la disolución.



torrPtorrPCt oleOH 400 ;75.1 ,5.63 tan2


Masas iguales de agua y etanol: 100gMasas iguales de agua y etanol: 100g

molmolgg

n OH 559.5/18

1002

28.055.517.2

17.2

252

52

52

OHOHHC

OHHCOHHC molmol

molX

a) a)



OHOHHCTOTAL PPP252

b) b)

OHo

OHOHHCo

OHHCTOTAL PXPXP 225252

torrPTOTAL 238126112)175(72.0)400(28.0

47.0238112

52

52

TOTAL

OHHCOHHC P

PX

c) c)

torrPXP OHHCOHHCOHHC 112)400(28.0525252

Ejercicio Presión osmótica:Ejercicio Presión osmótica:

Una cantidad de agua se disuelve con 50g Una cantidad de agua se disuelve con 50g de sacarosa y se prepara una solución de de sacarosa y se prepara una solución de sacarosa Csacarosa C1212HH2222OO1111 1.25m. Que presión 1.25m. Que presión osmótica se observara en la solución de osmótica se observara en la solución de sacarosa a 25° C? la densidad de esta sacarosa a 25° C? la densidad de esta solución es 1.34g/mL.solución es 1.34g/mL.Solución:Solución:

Primero se debe determinar el volumen total de la soluciPrimero se debe determinar el volumen total de la solucióón. n.

112212112212

112212112212112212 OHC 146.0

OHC 342OHC mol 1

*OHC de 50gOHC moles # molesg

solución

112212Agua

Agua

112212solución m

OHC de moles g#

g#OHC de moles

m KK

OH 117OH 117.01.25m

OHC de 0.146moles g# 22

112212Agua gKgK

Ejercicio 1: Presión osmótica:Ejercicio 1: Presión osmótica:


Recuerde que 167g de soluciRecuerde que 167g de solucióón contienen 50g de sacarosa n contienen 50g de sacarosa y 117g de agua, por lo tanto el volumen de esta soluciy 117g de agua, por lo tanto el volumen de esta solucióón n es: es:

LmLgsoluci 125.0125

34.1 mL 1

* g671V ón

ML

molL

17.117.1 125.0

0.146molesMsolución

Con estos datos se procede a calcular la presiCon estos datos se procede a calcular la presión osmótica.ón osmótica.

atm 28.6)(298K)K mol

atm L(0.0821*)(1.17mol/LMRT

Ejercicio 2: Presión osmótica:Ejercicio 2: Presión osmótica:

La pepsina es un enzima que se encuentra La pepsina es un enzima que se encuentra en el aparato digestivo de los seres en el aparato digestivo de los seres humanos. Una enzima es una proteína que humanos. Una enzima es una proteína que actúa como catalizador biológico. La actúa como catalizador biológico. La pepsina cataliza la ruptura metabólica de pepsina cataliza la ruptura metabólica de cadena de aminoácidos (llamadas cadenas cadena de aminoácidos (llamadas cadenas de péptidos) para formar proteínas. Una de péptidos) para formar proteínas. Una solución de una muestra de 0.50g de solución de una muestra de 0.50g de pepsina purificada en 30.0mL solucion pepsina purificada en 30.0mL solucion tienen presión osmótica de 8.92torr a 27.0° tienen presión osmótica de 8.92torr a 27.0° C. Estime el peso molecular de la pepsina. C. Estime el peso molecular de la pepsina.

R: 3.5x10R: 3.5x1044 g/mol g/mol

SOLUBILIDAD DE GASES EN SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOSLÍQUIDOS

En la mayoría de los casos la En la mayoría de los casos la solubilidad de los gases solubilidad de los gases disminuye al incrementar la disminuye al incrementar la temperaturatemperatura

Efecto de la presión: William Efecto de la presión: William Henry determinó que la Henry determinó que la solubilidad de un gas aumenta a solubilidad de un gas aumenta a medida que la presión aumentamedida que la presión aumenta

LEY DE HENRYLEY DE HENRY

gasg kPS

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