Capitulo 13 Propiedades De Las Disoluciones 2d3p5f

Capitulo 13 Propiedades de las disoluciones 13.1 El proceso de disolución 

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Se forma una disolución cuando una sustancia se dispersa de manera uniforme en otra; las disoluciones se forman cuando las fuerzas de atracción entre las partículas de soluto y disolvente son de magnitud comparables entre ambas. Las fuerzas intermoleculares también operan entre las partículas de soluto y disolvente Ion-dipolo: dominan en sustancias iónicas en agua Fuerzas de dispersión: cuando una sustancia no polar se disuelve en otra no polar(C6H14 en CCl4)

Cambios de energía y formación de disoluciones     

Existen 3 etapas: H1 la separación de moléculas de soluto, H2 separación de moléculas de disolvente, H3 formación de interacciones soluto-disolvente Cuando ΔHdisoln es mayor q cero: es endotérmico, si es menor q cero es exotérmico. La separación de partículas de soluto requieren un aporte de energía Los procesos exotérmicos suelen proceder espontáneamente; no se formara una disolución si ΔHdisoln es demasiado endotérmico Los solutos iónicos como el NaCl no se disuelven en líquidos no polares como la gasolina.

Formación de disoluciones, espontaneidad y desorden 

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Cuando se mezclan dos sustancias las cuales tengan parecidos puntos de fusión y ambas no polares por ejemplo, se mezclan fácilmente ya q no necesitan aporte de energía fuera del sistema; la disolución es espontanea. Los procesos q ocurren espontáneamente intervienen 2 factores, energía y desorden. Procesos en los q el contenido de energía disminuye tienden a ser espontáneos. Los procesos espontáneos suelen ser exotérmicos, pero algunos podrían ser endotérmicos y ser espontáneos como la disolución de NH4NO3 en agua, todos los procesos de esta índole se caracterizan por aumento en el desorden o aleatoriedad del sistema. La cantidad de desorden está dada por una cantidad termodinámica llamada entropía. Los procesos en los q el desorden (entropía) del sistema aumenta tienden a ser espontáneos. Cuando se juntan moléculas de diferentes tipos lo único q las pueda detener será las fuerzas intermoleculares o sus fuertes enlaces o barreras físicas, por eso los gases se mezclan y expanden si sus recipientes no se interponen. En el proceso de disolución intervienen dos factores: entropía y entalpia. En la mayoría de los casos la formación de soluciones se favorece por el aumento de entropía; por ende se formara una disolución a menos q las fuerzas soluto-soluto o disolvente-disolvente sean demasiado fuertes en comparación con las soluto-disolvente.

Formación de disoluciones y reacciones químicas 

Debemos tener cuidado al distinguir entre en proceso físico de formación de una disolución y las reacciones químicas q dan lugar a una disolución

13.2 Disoluciones saturadas y solubilidad 

Cristalización: cuando partículas de un sólido se disuelven, la concentración de partículas de soluto aumentan y la misma probabilidad hay de que choquen con la superficie del sólido y tal choque podría hacer q la partícula quedara otra vez unida al solido.

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Una disolución q esta en equilibrio con soluto no disuelto es saturada, no se disolverá soluto adicional si se agrega a esta. Si disolvemos menos soluto del necesario para formar una disolución saturada esta pasa a ser insaturada, es decir q aun se puede agregar más soluto. Una cantidad de soluto mayor q la necesaria para formar una disolución saturada decimos q esta sobresaturada, las mismas son inestables.

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13.3 Factores q afectan la solubilidad 

El como una sustancia se disuelva en otra depende de la naturaleza de soluto y disolvente, también de T, y en caso de los gases en la presión.

Interacciones soluto-disolvente               

Un factor es la tendencia a mezclarse, es decir de los sistemas al llegar al desorden. Fuerzas de atracción entre gases y agua se deben a fuerzas de dispersión de London, la cual aumenta al incrementarse la masa y tamaño de moléculas Cuanto mayor es la atracción soluto-disolvente será mayor soluble. Líquidos polares suelen disolverse en disolventes polares; el agua no es solo polar sino q también puede formar puentes de hidrogeno. Polares y puentes de hidrogeno son solubles en agua. Los pares líquidos q se mezclan en todas proporciones son miscibles y los q no son inmiscibles. Los líquidos no polares suelen ser insolubles en POLARES. Polares con polares; no polares con no polares. El numero de átomos de C de un alcohol afecta su solubilidad en agua; al aumentar la longitud de la cadena el grupo OH se hace cada vez más pequeño y se comporta como hidrocarburo. Si este grupo OH se aumenta será más soluble en agua Por otra parte la solubilidad del alcohol en un disolvente no polar como el hexano aumenta al incrementarse la longitud de la cadena hidrocarbonada Las sustancias con igual fuerzas intermoleculares suelen ser mutuamente solubles Lo similar disuelve similar No polares con no polares; iónicos y polares con polares; sólidos de red como el diamante y cuarzo son insolubles en polares y no polares. Entre más grupos OH ósea puentes de hidrogeno aumenta la solubilidad en agua de cualquier elemento ya q los hidrocarburos se hacen mas pequeños.

Efectos de presión  

La solubilidad de un gas en cualquier disolvente aumenta al incrementar la presión; con líquidos y sólidos no ocurre nada. Si la presión baja, la disolución del gas en el disolvente baja.

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La relación entre presión y solubilidad de un gas se expresa con la ley de Henry: Sg: k Pg

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Sg es la solubilidad del gas, Pg es la presión parcial del gas y k es la constante de proporcionalidad q también varia con T.

Efectos de la temperatura   

La solubilidad de la mayoría de sólidos en agua aumenta al incrementarse la temperatura de la disolución. La solubilidad de gases es contraste con los sólidos disminuye al incrementarse la temperatura. Ce2(SO4) es una excepción a la regla de los sólidos.

13.4 Formas de expresar la concentración 

Una disolución con baja cantidad de soluto se le llama diluida; una con soluto elevado se le llama concentrada.

Porcentaje en masa, ppm y ppb 

% en masa del componente:

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A menudo se expresa en partes por millón; ppm

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Ppm del componente:

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1 ppm contiene 1g de soluto por cada millón(10 ): 1mg de soluto por kg de disolución En líquidos 1L es parecido a 1Kg entonces, 1ppm corresponde a 1 mg de soluto por litro de disolución. En caso de soluciones más diluidas se usan ppb, una concentración de 1ppb corresponde a 1 g de soluto por billón.

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Fracción molar, molaridad y molalidad 

Fracción molar :

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Es común usar es signo X para denotar fracción molar La suma de las fracciones molares de todos los componentes de una disolución debe ser igual a 1.

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Molaridad (M):

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La molaridad es muy útil para relacionar el volumen de una disolución con la cantidad de soluto q contiene.

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Molalidad (m) :

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La molaridad se define en términos de volumen de disolución; mientras q la molalidad depende de la masa de disolvente. Si el disolvente es agua, molaridad y molalidad son casi iguales numéricamente; 1kg es casi lo mismo 1L. Molalidad no varía con T, porque las masas no varían con T. La molaridad si varia con T, ya q altera su volumen.

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Conversión de unidades de concentración  

Es posible interconvertir las unidades de concentración, para hacerlo con molaridad y molalidad necesitamos conocer la densidad de la DISOLUCION. La masa de disolución es la suma de las masas de disolvente y soluto.

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El volumen de la disolución puede calcularse de su masa y densidad

13.5 Propiedades Coligativas   

El agua se congela a 0 grados, pero las disoluciones acuosas se congelan en menos. Punto de congelación y ebullición son propiedades físicas q dependen de la cantidad o propiedades coligativas; q dependen de el efecto colectivo del número de partículas. Hay otras 2 propiedades: reducción de la presión de vapor y presión osmótica.

Abatimiento de la presión de vapor   

Una sustancia sin presión de vapor apreciable es no volátil, mientras q una con presión de vapor es volátil La adición de un soluto no volátil a un disolvente BAJA LA PRESION DE VAPOR. Ley de Raoult: Presión parcial ejercida por el vapor de disolvente sobre una disolución, Pa, es igual al producto de la fracción molar del disolvente en la disolución, Xa, y la presión de vapor del disolvente puro.

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PA: XA PA, donde XA: moles A/moles totales

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La ley de Raoult predice q al aumentar la fracción molar de las partículas de soluto no volátil en una disolución, la presión de vapor sobre la disolución se reduce. La reducción de la presión depende de la concentración total de partículas de soluto. Recordemos q el abatimiento de la presión de vapor es una propiedad coligativa, q depende de la concentración de soluto y no de su identidad. Un gas ideal obedece a la ecuación del gas ideal, y una disolución ideal obedece a la ley de Raoult Si existen enlaces muy fuertes como puentes de hidrogeno la presión de vapor del disolvente seria menor.

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Elevación del punto de ebullición    

La adición de un soluto no volátil abate la presión de vapor de la disolución, recordemos q el punto normal de ebullición de un liquido es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a 1atm. El punto normal de ebullición del liquido puro, la presión de vapor de la disolución es menor q 1 atm Entonces el punto de ebullición de la disolución es más alto q el del liquido puro El aumento en el punto de ebullición respecto al disolvente puro, ΔTb, es directamente proporcional al número de partículas de soluto por mol de moléculas

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ΔTb: Kb m ; donde Kb es la constante molal d elevación del punto de ebullición

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La elevación en el punto de ebullición es proporcional al número de partículas de soluto, es importante sabes si es un electrolito o no electrolito.

Abatimiento del punto de congelación  

El punto de congelación es aquel donde se empiezan a formar los primero cristales de disolvente El punto de congelación de la disolución es más alto q la del líquido puro.

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Al igual q la elevación del punto de ebullición , el abatimiento del punto de congelación

ΔTf es directamente

proporcional a la molalidad del soluto 

ΔTf : Kf m; Kf es la constante molal de abatimiento del punto de congelación

Osmosis           

Membrana semipermeable: deja entrar a sustancias diminutas como las partículas de H2O pero no macromoléculas. La concentración de disolvente es más alta en la q tiene menos soluto, por eso la tasa de transferencia es de la q tiene menor concentración a la q tiene más. Osmosis: movimiento neto del disolvente siempre es hacia la disolución q tiene concentración más alta de soluto. La presión necesario para detener la osmosis es la presión osmótica, π. La presión osmótica obedece la ley de gas idea; π : (n/V) RT: MRT; donde M es la molaridad T siempre es en Kelvin Si dos disoluciones con idéntica presión osmótica se separan con una membrana semipermeable, no habrá osmosis. Se dice q ambas son isotónicas Si una disolución tiene menor presión osmótica se dice q es hipotónica con respecto a otra con disolución más concentrada Decimos q una disolución más concentrada es hipertónica respecto a la disolución diluida. Crenacion: se sale el agua de la célula, por lo q la deja desnutrida. Hemolisis: es cuando entra agua a la célula hinchándola.

13.6 Coloides    

Los coloides son estados intermedios entre disoluciones y mezclas heterogéneas. Los coloides pueden ser gases, líquidos y sólidos Hemoglobina, leche homogeneizada, polvo, humo, mantequilla Las partículas son los bastante grandes para dispersar la luz con gran eficacia

Coloides hidrofilicos e hidrofobicos   

Los coloides más importantes son aquellos q su medio dispersor es agua. Hidrofílico aman el agua; contienen O y N, hidrofóbico le temen al agua; se pueden estabilizar por medio de adsorción (adherencia a una superficie). Extremo Hidrofílico es polar y el hidrofóbico es no polar.

Eliminación de partículas coloidales   

Dado q los coloides no son muy grandes no se pueden separar por filtración simple Deben ser agrandadas por un método llamado coagulación ( calentamiento o adición de un electrolito) También se puede usar membranas semipermeables para separar partículas de iones coloidales; porque los iones pueden atravesar la membrana y las partículas coloidales no. Esto se llama diálisis.