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• Nicolas Patricio Sitja

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Prof. Dra. Claudia Paguèguy1M.

Disoluciones

Dispersiones Coloidales

Suspensiones

Todas las partículas son del tamaño de los átomos, iones o pequeñas moléculas (1 – 10 Å)

Las partículas de al menos uno de los componentes son grandes grupos de átomos, de iones o de pequeñas moléculas (10 – 10000 Å)

Las partículas de al menos uno de los componentes pueden ser vistas con un microscopio de baja resolución (> 10000 Å)

Homogéneas, en el límite

No homogéneas

A menudo opacas, pueden ser transparentes pero presentan el efecto Tyndall

No transparentes

Homogéneas Transparentes; no presentan efecto Tyndall Estables a la gravedad No separables por filtración

Inestables a la gravedad, las partículas se depositan

Menos estables a la gravedad Separables por filtración Las partículas son progresivamente mayores No separables por 2 filtración.

Científico irlandés John Tyndall

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Fase Dispersa (similar al soluto)

Fase Dipersante (similar al disolv.)

Nombre Común

Ejemplos

Sólido

en

Sólido

Sol Sólido

Algunas aleaciones, como acero.

Líquido

en

Sólido

Emulsión sólida

Queso, mantequilla, jaleas.

Gas

en

Sólido

Espuma sólida

Goma, esponja, piedra pómez.

Sólido

en

Líquido

Soles y geles Leche de magnesio, pinturas.

Líquido

en

Líquido

Emulsión

Leche, crema para la cara, mayonesa.

Gas

en

Líquido

Espuma

Espuma de afeitar, espuma de cerveza, crema batida

Sólido

en

Gas

Aerosol sólido

Humo

Líquido

en

Gas

Aerosol líquido

Niebla, nubes, spray de aerosol 4

Solubilidad Una solución es una mezcla homogénea constituida por dos o más componentes, cuya composición puede variar, entre ciertos límites.

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Solubilidad •  La solubilidad de una sustancia en un determinado solvente, a una temperatura dada, es la concentración del soluto en la solución saturada. •  En otras palabras, la solubilidad de un soluto es su concentración en la solución, que es característica del estado de equilibrio entre el soluto y la solución. •  La solubilidad se expresa en gramos de soluto disueltos por cada 100 gramos de solvente o en gramos de soluto por cada litro de solución. 6

Solubilidad Factores que determinan la solubilidad •  Naturaleza del soluto y solvente •  Efecto de la temperatura •  Efecto de la presión   INTERACCIONES •  Soluto – Soluto •  Solvente – Solvente •  Solvente – Soluto   FUERZAS INTERMOLECULARES 7

Solubilidad Factores que determinan la solubilidad NATURALEZA DEL SOLUTO Y SOLVENTE   Dos sustancias que tienen el mismo tipo y magnitud de fuerzas intermoleculares serán solubles entre sí.   La solubilidad de las sustancias no polares en agua es muy pequeña.

etanol

etilenglicol

glicerol 8

Solubilidad

Factores que determinan la solubilidad NATURALEZA DEL SOLUTO Y SOLVENTE

  La solubilidad de los compuestos iónicos en agua depende de un equilibrio entre dos fuerzas, ambas de naturaleza eléctrica.  

Fuerzas de atracción entre las moléculas de agua y los iones, que tienden a disolver el sólido. Ejemplos: NaCl, NaOH.

 

Fuerzas de atracción entre iones con cargas opuestas, que tienden a mantenerlos en estado sólido. Ejemplos: BaSO4, CaCO3. 9

Solubilidad Factores que determinan la solubilidad NATURALEZA DEL SOLUTO Y SOLVENTE Disolución de líquido en líquido   Miscibilidad: Cuando la naturaleza del soluto y el solvente es similar (estructuras semejantes) ambos serán generalmente miscibles. - Líquidos polares - solventes polares •  Etanol - agua - Líquidos apolares - solventes apolares •  CCl4 – hexano   Inmiscibilidad: Cuando la naturaleza del soluto y el solvente es distinta (estructuras diferentes) ambos serán inmiscibles. - Líquidos polares - solventes apolares - Líquidos apolares - solventes polares 10

Solubilidad Factores que determinan la solubilidad NATURALEZA DEL SOLUTO Y SOLVENTE Disolución de líquido en líquido •  Hidrofobicidad –  El soluto no tiene afinidad con el agua como solvente, pero sí por solventes apolares •  Hidrofilicidad –  El soluto tiene afinidad con el agua como solvente y no por los solventes apolares 11

Adición de un pequeño volumen de etanol (C2H5OH, soluto polar) a 100 mL de agua (solvente polar).

C2H5OH (l) + H2O (l)

C2H5OH (acuoso) Solución de etanol en agua: 1 fase líquida homogénea.

Compuestos que disuelven fácilmente en agua son “hidrofílicos” 12

Adición de un pequeño volumen de tolueno (soluto apolar) a 100 mL de benceno (solvente apolar).

C6H5CH3(l) + C6H6(l)

C6H5CH3(en solución) Solución de tolueno en benceno: 1 fase líquida homogénea.

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Adición de un pequeño volumen de eter etílico (CH3CH2OCH2CH3, compuesto no polar) a 100 mL de agua (solvente polar).

Formación de dos fases líquidas: Fase “orgánica” (arriba) y Fase “acuosa” (abajo). 14

Adición de un pequeño volumen de tetracloruro de carbono (CCl4, no polar) a 100 mL de agua (polar).

Formación de dos fases líquidas: Fase “acuosa” (arriba) y Fase “orgánica” (abajo).

Compuestos que no se disuelven fácilmente en agua son “hidrofóbicos” 15

Mezclas de solventes y solutos de polaridad diferente tienden a formar fases separadas.

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Factores que determinan la solubilidad EFECTO DE LA TEMPERATURA

sólido + líquido

disolución

ΔHdisolución> 0

La solubilidad de los sólidos aumenta con la temperatura. Si el proceso de disolución es endotérmico, el sistema absorbe calor, la solubilidad del soluto aumenta al aumentar la temperatura. Si el proceso de disolución es exotérmico, el sistema libera calor, la solubilidad del soluto disminuye al aumentar la temperatura. 17

Factores que determinan la solubilidad EFECTO DE LA PRESIÓN   La presión tiene un efecto importante

sobre la solubilidad para los sistemas gaseosos.   A una temperatura determinada, el aumento de presión implica un incremento en la solubilidad del gas en el líquido.

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Unidades de Concentración La concentración de una solución es la proporción que existe entre las cantidades de soluto y solvente o entre las cantidades de soluto y solución. •  Porcentaje en peso (% p/p) •  Porcentaje peso volumen (% p/v) •  Porcentaje en volumen (% v/v) •  Molaridad (M) •  Molalidad (m) •  Fracción molar (XA) •  Partes por millón (ppm) 20

PORCENTAJE EN PESO (% p/p) Es la cantidad de gramos de soluto disueltos en 100 g de solución.

Gramos de solución: (masa soluto + masa solvente) Resolver: Se prepara una solución agregando 7,0 g de bicarbonato de sodio a 100 g de agua. Calcular el porcentaje p/p de esta solución. R. 6,54 %p/p

Porcentaje en peso (%p/p) Ξ porcentaje en masa (%m/m) 21

PORCENTAJE PESO VOLUMEN (% p/v) Es la cantidad de gramos de soluto disueltos en 100 mL de solución.

Resolver: ¿Cuál es el porcentaje p/v de 150 mL de una solución que contiene 12 g de glucosa? R. 8,0 %p/v

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PORCENTAJE EN VOLUMEN (% v/v)

Es la cantidad de mL de soluto disuelto en 100 mL de solución.

Resolver: Si usted agrega 10 mL de etanol, a 50 mL de agua, ¿cuál es el porcentaje v/v de la solución resultante? R. 16,7 %v/v 23

MOLARIDAD (M) Número de moles de soluto disueltos en 1L de solución.

Resolver: ¿Cuál es la molaridad de una solución que contiene 25 g de K2CrO4 disueltos en cantidad de agua suficiente para tener 300 mL de solución? R. 0,43 M 24

MOLALIDAD (m) Número de moles de soluto en 1Kg de solvente.

Resolver: ¿Cuál es la molalidad de una disolución que contiene 20 g de azúcar (C12H22O11) disueltos en 125 g de agua? R. 0,47 m 25

FRACCIÓN MOLAR (x) Se define como la relación entre los moles de un componente de la solución y los moles totales de las especies presentes en la solución.

Ej: Si una solución está compuesta por A y B XA = nA/(nA+nB) XB = nB/(nA+nB) XA + XB = 1

Resolver: Calcule la fracción molar (X) del metanol en una solución que se prepara agregando 32 g del alcohol a 90 g de agua. R. 0,167 26

PARTES POR MILLÓN (ppm) Una concentración de 1 ppm para una sustancia significa que cada kilogramo de disolución contiene 1 mg de soluto. También es equivalente a 1 mg/L.

Resolver: El límite legal para la exposición humana al monóxido de carbono, en un sitio de trabajo, es 35 ppm. Suponga que la densidad del aire es 1,3 g/L. ¿Cuántos gramos de monóxido de carbono hay en 1,0 L de aire que tenga la concentración máxima permisible? R. 4,5 x 10-5 g 27

DILUCIÓN DE SOLUCIONES V x C = constante V1 x C1 = k V2 x C2 = k V1 x C1 = V2 x C2 Ejemplo - ¿Cuántos mL se necesitan de una solución 6 M para obtener 800 mL de una solución 1,5 M? C 1 x V1 = C 2 x V2 6 M x V1 = 1,5 M x 800 mL V1 = 200 mL 28

Unidades de Concentración 1.  Calcule el porcentaje en masa de soluto en cada una de las siguientes disoluciones acuosas: a) 5,50 g de NaBr en 78,2 g de disolución, b) 31,0 g de KCl en 152 g de agua, c) 4,5 g de tolueno en 29 g de benceno. 2.  Calcule la cantidad de agua (en gramos) que se debe agregar a a) 5,00 g de urea (NH2)2CO para preparar una disolución al 16,2% en masa y b) 26,2 g de MgCl2 para preparar una disolución al 1,5 % en masa. 3.  Calcule la molalidad de cada una de las siguientes disoluciones: a) 14,3 g de sacarosa (C12H22O11) en 676 g de agua. b) 7,20 moles de etilenglicol (C2H6O2) en 3546 g de agua. c) disolución de NaCl 2,50 M (densidad de la disolución = 1,08 g/mL). d) disolución de KBr al 48,2 % en masa. 4.  El ácido sulfúrico concentrado que se utiliza en el laboratorio es H2SO4 al 98% en masa. Calcule la molalidad y la molaridad de la disolución ácida. La densidad de la disolución es 1,83 g/mL. 5.  Se considera que las personas sufren envenenamiento por plomo si tienen una concentración mayor de 10 microgramos (µg) de plomo por decilitro de sangre. ¿Cuál es esta concentración en partes por millón?

Determinación de la concentración mediante Espectrofotometría

Determinación de concentración Espectrofotometría Medición de la cantidad de energía radiante que absorbe un sistema químico en función de la longitud de onda de la radiación, y a las mediciones a una determinada longitud de onda.

Para medir la cantidad de luz absorbida, lo que se hace es comparar la intensidad del haz que incide sobre la muestra (I0), con la intensidad del haz que emerge después de atravesarla (I). Espectrofotometría

Determinación de concentración Espectrofotometría El parámetro denominado transmitancia, T, se define como la razón entre la intensidad de luz que emerge y la que incide en la muestra:

Es más útil trabajar con absorbancia, A, para resolver el problema de la linealidad con la concentración:

Ley de Lambert-Beer Espectrofotometría

Espectrofotometría Determinación de concentración a través de la curva de calibración Basándose en la ley de Lambert-Beer, es posible determinar concentraciones a través del uso de una curva de calibración. Absorbancia, A

La curva de calibración, es el método más apropiado de análisis, ya que está basado en relaciones lineales entre la propiedad medida y la variable a

Ax

Cx

Espectrofotometría

determinar. Concentración, C

Espectrofotometría Determinación de concentración a través de la curva de calibración Calibración:

Absorbancia, A

Se ajusta el cero con una disolución que

Ax

contiene

componentes

de

excepto

que

el

todos la se

los

muestra, desea

determinar: disolución blanco. Cx

Concentración, C

AR = Absorbancia real AE = Absorbancia muestras (patrón y desconocida) AB = Absorbancia solución blanco

Espectrofotometría

Determinación de la concentración de glucosa en la sangre Curva Calibración Absorbancia v/s Concentración Glucosa 0.18 0.16

Absorbancia de la muestra (ejemplo): 0.03

Absorbancia

0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 y = 0.0004x + 0.0021 R² = 0.99587

0.04 0.02 0 0  

50  

100  

150  

200  

250  

300  

350  

400  

Concentración Glucosa (mg/dL)

Concentración de glucosa obtenido por interpolación: 75 mg/dL apróx.

Ejemplo interpolación: Resultado Absorbancia Muestra X: 0.03

Espectrofotometría

450  

500  

COMPORTAMIENTO FÍSICO SOLUCIONES PROPIEDADES COLIGATIVAS

DE

LAS

  Comportamiento solución ≈ comportamiento disolvente puro, en términos cualitativos.   Comportamiento solución ≠

comportamiento disolvente puro,

en términos cuantitativos. Ejemplo: El agua pura hierve a 100,0 ºC y se congela a 0,0 ºC. Una disolución 1,00 m (molal) de NaCl en agua hierve a 101,0 ºC y se congela a -3,7 ºC. Las propiedades coligativas dependen de la cantidad de soluto disuelto.

COMPORTAMIENTO FÍSICO SOLUCIONES PROPIEDADES COLIGATIVAS

DE

LAS

La presión de vapor de la disolución es más baja. El punto de ebullición de la disolución es más alto. Propiedades Coligativas

El punto de congelación (o fusión) es más bajo. La disolución da lugar a la osmosis, que es la migración de moléculas del disolvente a través de una membrana semipermeable.

PROPIEDADES COLIGATIVAS Descenso de la presión de vapor (Δp)

Solvente puro

Molécula de solvente Molécula de soluto

Solución

ΔPdisolución = Xsoluto P0solvente

Ley de Raoult

Xsoluto = fracción molar del soluto P0solvente = presión de vapor del disolvente puro

PROPIEDADES COLIGATIVAS Elevación del punto de ebullición (ΔTb) Ebullición

Se forman burbujas y suben, ya que la Pv sobrepasa la P atm.

ΔTb = Kbm

Kb = constante molal de elevación del punto de ebullición (ºC/m) o constante ebulloscópica. m = molalidad

PROPIEDADES COLIGATIVAS Disminución del punto de congelación (ΔTc)

ΔTc = Kcm Kc = constante molal de disminución del punto de congelación o constante crioscópica, (ºC/m) m = molalidad

PROPIEDADES COLIGATIVAS Presión osmótica

PROPIEDADES COLIGATIVAS Esta presión se calcula mediante la ecuación de van’t Hoff

Π = ic RT Π = presión R = constante de los gases T = temperatura absoluta ic = osmolaridad de la solución i: factor de van’t Hoff, es una medida de hasta que punto el soluto se disocia en dos o más especies iónicas.

PROPIEDADES COLIGATIVAS Osmolaridad: Medida usada por farmacéuticos y médicos para expresar la concentración total (medida en osmoles/L en vez de moles/L, como se usa en química) de disoluciones usadas en medicina. mOsmol/L El prefijo "osmo-" indica la posible variación de la presión osmótica en las células, que se producirá al introducir la disolución en el organismo. Osmolalidad: Osmoles por kilogramo de agua. mOsmol/Kg Una disolución 0,1 M de NaCl nos daría 0,1 mol de Na+ y 0,1 mol de Cl-, y su osmolaridad es 0,2 .

PROPIEDADES COLIGATIVAS Entra agua en el glóbulo Hemólisis (destrucción)

Solución hipotónica

Equilibrio Solución isotónica Glóbulo Rojo

Retracción Solución hipertónica

Sale agua del glóbulo

PROPIEDADES COLIGATIVAS Ejercicios planteados 1.  Calcular los puntos de ebullición y de congelación de una solución de sacarosa 0,5 molal. Los valores de las constantes son respectivamente, Kb = 0,52 y Kc =1,86. 2.  Determinar el peso molecular de una sustancia sabiendo que una solución que contiene 0,5 g de ella en 186 g de agua congelada a –0,11 ºC. Kc agua = 1,86. 3.  Una solución acuosa de una sustancia orgánica que contiene 96 g de soluto por litro, tiene una presión osmótica de 0,474 atm. a la temperatura de 0 ºC. Calcular el peso molecular del soluto.

PROPIEDADES COLIGATIVAS Ejercicios planteados 4. Una solución anticongelante de glicerina C3H8O3, cuya masa molar es 92 g/ mol, se diluye en agua a 25 ºC, obteniéndose una solución que contiene un 40 % p/v de glicerina. Datos: -  La densidad de la solución resultante es 1,099 g/mL; -  Kc H2O = 1,86 ºC/m; -  Kb H2O = 0,52 ºC/m; -  La presión de vapor del agua a 25ºC es de 42,2 mmHg. Con la información entregada, determine: a) Fracción Molar de glicerina y agua b) Presión de vapor del agua en la solución a 25ºC c) Molalidad de la solución d) Aumento del punto de ebullición del solvente e) Descenso del punto de congelamiento del solvente f) Molaridad de la solución d) Presión Osmótica de la solución