Intermoleculares-_DISOLUCIONES
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Fuerzas Intermoleculares:Disoluciones
530.024 II-2015
Docente: Dra. Victoria Melin C.
Disolución
Soluto Disolvente
Disolución
Soluto
Disolvente
Mezcla homogénea de dos o más sustancias
Sustancia presente en menor cantidad
Sustancia presente en mayor cantidad
dependiendo del estado físico original de los componentes se distinguen 6 tipos de disoluciones
Existen disoluciones gaseosas (aire) líquidas (agua mar) sólidas (aleación)
Disolución
EL proceso de disolución
Partículas del soluto se dispersan en el disolvente
El grado en que una sustancia es capaz de disolverse en otra depende de las magnitudes relativas de :1. Interacción soluto-soluto2. Interacción disolvente-disolvente3. Interacción soluto-disolvente
El proceso se puede ver en etapas
EL proceso de disolución
Dependiendo de las magnitudes de ∆H1 y ∆H2 versus ∆H3 , el proceso de disolución será endo o exotérmico
El proceso de disolución depende del factor energético y del factor entrópico. Este último hace referencia al aumento del grado de desorden al disolverse el soluto
El incremento en el desorden favorece la solubilidad de una sustancia, incluso si el proceso de disolución es endotérmico.
∆H1 > 0 (endotérmica) ∆H2 > 0 (endotérmica)
∆H3 > 0 (exotérmica)
1°ETAPA: Separación de las moléculas de disolvente
2°ETAPA: Separación de las moléculas de soluto
3° ETAPAMezcla de moléculas de soluto y disolvente
Factores que afectan la solubilidad
Interacción Soluto-Solvente Temperatura Presión
(solo en gases)
Interacción Soluto-Solvente
Aquellos solutos que presentan fuerzas intermoleculares similares a las del solvente se disolverán fácilmente en él.
CCl4
Benceno
CaCl2
Benceno
Como generalidad: los compuestos iónicos serán mucho más
solubles en disolventes polares
SOLVATACIÓN: Proceso mediante el cual un ion o una molécula se rodea por moléculas del disolvente, distribuidas de una forma específica.
Interacción Soluto-Solvente
¿Cuál es el tipo de interacción
cuando ocurre la solvatación?
¿Por qué el agua es tan buen disolvente?
Cuando el disolvente es agua se denomina hidratación*
¿Qué solutos pueden
disolverse en agua?
Prediga las solubilidades relativas en los siguientes casos: a) bromo (Br2) en benceno (C6H6, µ = 0 D) y en agua (µ = 1.87 D)b) KCl en tetracloruro de carbono (CCl4, µ = 0 D) y en amoniaco líquido (NH3, µ = 1.46 D)c) formaldehído (CH2O) en disulfuro de carbono (CS2, µ = 0) y en agua.
¿El yodo (I2) es más soluble en agua o en disulfuro de carbono (CS2)?
Pensemos…
“lo semejante disuelve a lo semejante”las sustancias con fuerzas de atracción intermoleculares similares
tienden a ser solubles entre sí.
Para resolver cada ejercicio es necesario Evaluar las fuerzas intermoleculares que presenta el soluto y los distintos disolventes.
Factores que afectan la solubilidad:Interacción Soluto-Solvente
cuanto más intensas sean las atracciones entre las moléculas del soluto y del disolvente, mayor será la solubilidad.
Disolución: Solubilidad
Solución Insaturada(no saturada)
Solución Saturada
Solución Sobresaturada
contiene la máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un disolvente
en particular, a una temperatura específica.
Contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver
contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada (por
ellos son menos estables)
Luego de un tiempo cristaliza el soluto
La cantidad de soluto necesaria para formar una
disolución saturada en una cantidad
dada de disolvente se conoce como la
solubilidad
Cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente dado:Usualmente se expresa en g soluto/100 g de agua
OJO!
No confundir precipitación con cristalizaciónEn ambos procesos el soluto se separa de la disolución
Cristalización Precipitación
Separación de un exceso de la sustancia sólida a partir de la disolución sobresaturada.Se forman cristales grandes y bien formados.
Precipitados de partículas pequeñas
Disolución: Solubilidad
¿Cuál es la diferencia entre disolver una sal en agua o en etanol?
Recordemos: Unidades de Concentración
Es posible expresar la concentración de un soluto en distintas unidades de concentración. La elección de una unidad de concentración depende del propósito del experimento
Fracción Molar Molaridad Molalidad
apropiada para el cálculo de presiones
parciales de los gases
Es más fácil medir el volumen de la disolución que
pesar el disolvente
Su valor es independiente de
la temperatura
% m/m
Su valor es independiente de
la temperatura
Factores que afectan la solubilidad
Interacción Soluto-Solvente Temperatura Presión
(solo en gases)
Sólidos Gases
Efecto de la temperatura sobre la solubilidad de sólidos
En general la solubilidad de una sustancia sólida aumenta
con la temperatura.
No hay una correlación clara entre el signo de ∆Hdisol y la
variación de la solubilidad con respecto a la temperatura.
Las variaciones en los cambios de solubilidad f(t) permiten obtener sustancias puras a partir de mezclas mediante la cristalización fraccionada.
La cristalización fraccionada es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades.
Utilizando la diferencia de solubilidad por temperatura
puedo purificar sustancias de una mezcla
Por lo general el método funciona mejor si el compuesto que se va a purificar tiene una curva de solubilidad con una gran pendiente (más soluble a
altas temperaturas que a temperaturas bajas) y si la cantidad de impurezas es relativamente baja.
Efecto de la temperatura sobre la solubilidad de sólidos
Efecto de la temperatura sobre la solubilidad de los gases
La solubilidad de los gases en agua por lo general disminuye al aumentar la temperatura
Contaminación térmica acuática
Aumenta la temperatura del agua
Aumenta el metabolismo de los peces
Aumenta su requerimiento de O2
Pensemos: ¿Porqué en un día caluroso un pescador preferirá pescar en lugares mas profundos?
Factores que afectan la solubilidad
Interacción Soluto-Solvente Temperatura Presión
(solo en gases)
Efecto de la presión sobre la solubilidad de los gases
La presión externa no tiene influencia sobre la solubilidad de líquidos y sólidos, pero afecta enormemente la solubilidad de los gases
Presión externa Solubilidad de un gas
* Para una mezcla de gases P = Pi
LEY DE HENRY
la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución:
c: concentración molar del gas disueltoP: presión del gas en la disolución (atm)k: constante (f(t)) (mol/L•atm)
k: es diferente para cada par de soluto-disolvente
Ejemplos prácticos de la ley de Henry
Efecto de la presión sobre la solubilidad de los gases
Al destapar una botella
Al agitar la botella
Desvanecimiento de la cerveza
Presión atmosférica normal del CO2, que es de 0.0003 atm
Burbujas de CO2 salen de la disolución cuando se abre el
recipiente de la bebida carbonatada, debido a que se
reduce la presión parcial del CO2 sobre la disolución.
Excepciones a la Ley de Henry
Efecto de la presión sobre la solubilidad de los gases
Gases que reaccionan con agua poseen mayor solubilidad
Un estudiante observa dos recipientes con agua. Uno de los recipientes se calienta a 30°C y el otro a 100°C. En cada caso, se forman burbujas en el agua. ¿Tienen el mismo origen estas burbujas?
La solubilidad del CO2 en agua a 25°C y 1 atm es de 0,034 mol/L. ¿Cuál será su solubilidad en condiciones atmosféricas? (La presión parcial del CO2 en el aire es de 0,0003 atm.) Suponga
que el CO2 obedece la ley de Henry.
R: 1,02 x 10-5 mol/L
La solubilidad del nitrógeno gaseoso en agua a 25°C y 1 atm es de 6,8 × 10–4 mol/L. ¿Cuál es la concentración (en molaridad) del nitrógeno disuelto en agua bajo condiciones atmosféricas? La presión parcial del nitrógeno gaseoso en la
atmósfera es de 0,78 atm.
Calcule la concentración molar del oxígeno en agua a 25°C para una presión parcial de 0,22 atm. La constante de la ley de Henry para el oxígeno es de 1.3 × 10–3 mol/L · atm.
Calcule la concentración de CO2 en una bebida gaseosa que está embotellada con una presión parcial de CO2 de 4,0 atm sobre el líquido a 25 °C. La constante de la ley de Henry para el CO2 en agua a esta temperatura es de 3,1x10-2 mol/L-atm.
Calcule la concentración de CO2 en una bebida gaseosa después de que se abre la botella y se equilibra a 25 °C, bajo una presión parcial del CO2 de 3,0x10-4 atm.
R: 0,12 mol/L - 9,3x10-6 mol/L
R: 5,3 x10-4 mol/L
R: 2,86 x10-4 mol/L
Solubilidad de alcoholes
El número de átomos de carbono en
un alcohol afecta su solubilidad.
Al aumentar la longitud de la cadena de carbonos, el grupo
polar OH se vuelveuna parte cada vez más pequeña de la
molécula.
Disminuye la solubilidad en
agua y aumenta su solubilidad en
hexano
Una forma de potenciar la
solubilidad de una sustancia en agua es aumentar el número
de grupos polares que contiene
Propiedades Coligativas
propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.
Las propiedades de una disolución que son distintas a las que presenta el disolvente puro.
Disoluciones de No electrolitos
Disoluciones de electrolitos
*en disoluciones NO muy concentradas!
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Disminución de la presión de vapor
Disolvente + soluto no volátil Disolvente + soluto volátil
Molecularmente: En la evaporación aumenta el grado de desorden del sistemaLa disolución posee mayor grado de desorden que el disolvente puro.La diferencia entre el desorden de la disolución y su vapor es menor que entre el disolvente puro y su vapor!!!.
Las moléculas del disolvente tienen menor tendencia a abandonar la disolución que a abandonar el disolvente puro y por ende producen una mayor presión de vapor
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Disminución de la presión de vapor
Las sustancias no volátiles no poseen presión de vapor que pueda medirse
Al agregar un soluto no volátil a un disolvente siempre disminuye la presión de vapor.
Ley de Raoult
Pi: presión de vapor de la disoluciónPi°: presión de vapor del disolvente puroXi: Fracción molar del disolvente en la disolución
El grado en que disminuye la presión de vapor es proporcional a la concentración del soluto.
Disolvente + soluto no volátil
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Disminución de la presión de vapor Disolvente + soluto volátil
Cuando ambos componentes de la disolución poseen presión de vapor
la presión de vapor de la disolución es la suma de las presiones parciales individuales
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Disminución de la presión de vapor
Las soluciones ideales son las que cumplen con la Ley de Raoult
(Poseen ∆Hdisol =0)
CASO 1 CASO 2
Las fuerzas intermoleculares entre A y B son menores que
las que sienten A-A y B-B
∆Hdisol >0 ∆Hdisol <0
Las fuerzas intermoleculares entre A y B son mayores que las
que sienten A-A y B-B
Las fuerzas intermoleculares entre A y B son iguales a las que sienten A-A y B-B
Existen disoluciones NO ideales (es decir que NO obedecen la Ley de Raoult)
CASO 1 CASO 2
∆Hdisol >0 ∆Hdisol <0
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Disminución de la presión de vapor
Desviaciones a la idealidad
Desviación positiva Desviación negativa
La PT es mayor que la suma de las presiones parciales
La PT es menor que la suma de
las presiones parciales
La glicerina (C3H8O3) es un no electrolito no volátil con una densidad de 1,26 g/mL a 25 °C. Calcule cuanto disminuye la presión de vapor a 25 °C de una disolución preparada mediante la adición de 50,0 mL de glicerina a 500,0 mL de agua. La presión de vapor del agua pura a 25 °C es 23,8 torr y su densidad es de 1,00 g/mL.
Apliquemos lo aprendido…
R: 0,57 torr
Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 218 g de glucosa (masa molar = 180,2 g/mol) en 460 mL de agua a 30°C. ¿Cuál es la disminución en la
presión de vapor? La presión de vapor del agua pura a 30°C es 31,82 mmHg. Suponga que la densidad de la disolución es de 1.00 g/mL.
R: 30,4 mmHg / 1,4 mmHg
Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 82,4 g de urea (masa molar = 60,06 g/mol) en 212 mL de agua a 35°C. ¿Cuál es la disminución de la presión de vapor? Suponga que la densidad de la disolución es de 1.00 g/mL.
R: 37,8 mmHg / 4,39 mmHg
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Elevación en el punto de ebulliciónpunto de ebullición de una disolución es la temperatura a la cual su vapor de presión
iguala a la presión atmosférica externa
independientemente de la temperatura, la curva líquido-vapor para la disolución
siempre está por debajo de la del disolvente puro
Diagrama de Fases
Disminución en el punto de congelación
Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido se iguala a la
presión de vapor del sólido.
Punto de congelación de una disolución es la temperatura a la que un líquido se solidifica
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Elevación en el punto de ebullición
Kb: constante molal de elevación del punto de ebullición (°C/m)m: molalidad de la disolución
∆Tb: aumento del punto de ebulliciónTb: Punto de ebullición de la disoluciónTb°: Punto de ebullición del disolvente puro
Disminución en el punto de congelación
∆Tf: disminución del punto de congelación (siempre >0)Tf: Punto de congelación de la disoluciónTf°: Punto de congelación del disolvente puro
Kf: constante molal de disminución del punto de congelación (°C/m)m: molalidad de la disolución
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Elevación en el punto de ebullición Disminución en el punto de congelación
* La disminución en el punto de congelación es independiente de si el soluto es volátil o no.
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
Disminución en el punto de congelación
SÓLIDOLÍQUIDO
desorden
Liberar energía
El etilenglicol (EG), CH2(OH)CH2(OH), es un anticongelante comúnmente utilizado en automóviles. Es soluble en agua y bastante no volátil (p. eb. 197°C). Calcule el punto de congelación de una disolución que contenga 651 g de esta sustancia en 2505 g de agua.
¿Debe mantener esta sustancia en el radiador de su automóvil durante el verano? La masa molar del etilenglicol es de 62,01 g.
Tf= -7,79°C / Tb= 102,2 °C
Calcule el punto de ebullición y el punto de congelación de unadisolución que contenga 478 g de etilenglicol en 3202 g de agua.
¿Cuáles son el punto de ebullición y el punto de congelación de una disolución de naftaleno 2,47 m en benceno? (El punto de ebullición y el punto de congelación del benceno son 80.1°C y 5.5°C,
respectivamente.)
¿Cuántos litros del anticongelante etilenglicol [CH2(OH)CH2(OH)] se deben agregar al radiador de un automóvil que contiene 6,50 L de agua, si la temperatura invernal más baja en la región es de –20°C? Calcule el punto de ebullición de esta mezcla agua-etilenglicol. (La
densidad del etilenglicol es de 1.11 g/mL.)
Tf= -7,2°C / Tb= 86,9 °C
Tf= -4,46°C / Tb= 101,3 °C
R: al menos 3,904 L
Empleo de las propiedades coligativas en la determinación de la masa molar
Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas
A partir de cualquiera de las propiedades coligativas recién vistas se puede determinar la masa molar de un soluto.
Una muestra de 7,85 g de un compuesto con la fórmula empírica C5H4 se disuelve en 301 g de benceno. El punto de congelación de la disolución es de 1,05°C por debajo del punto de congelación del benceno puro. ¿Cuál será la masa molar y la fórmula
molecular de este compuesto?
1° Debemos calcular la molalidad de la disolución
2° Determinar el número de moles
3° obtener la masa molar del soluto
Considerando los kg de disolvente dados en el enunciado
Una disolución de 2,50 g de un compuesto, cuya fórmula empírica es C6H5P, en 25,0 g de benceno se congela a 4,3°C. Calcule la masa molar del soluto y su fórmula molecular.
El análisis elemental de un sólido orgánico extraído de la goma arábiga (una sustancia chiclosa que se utiliza en pegamentos, tintas y productos farmacéuticos) mostró que contenía 40.0% de C, 6.7% de H y
53.3% de O. Una disolución de 0,650 g del sólido en 27,8 g del disolvente bifenilo tuvo una disminución del punto de congelación de 1,56°C. Calcule la masa molar y la fórmula molecular del
sólido. (Kf para el bifenilo es de 8.00°C/m.)
Se preparó una disolución de un electrolito no volátil desconocido disolviendo 0,250 g de la sustancia en 40,0 g de CCl4 (Kb=5,02 °C/m) .El punto de ebullición de la disolución resultante fue
0,357 °C más elevado que el del disolvente puro. Calcule la masa molar del soluto.
Una disolución de 0,85 g de un compuesto orgánico en 100,0 g de benceno tiene un punto de congelación de 5,16°C. ¿Cuál es la molalidad de la disolución y la masa molar del soluto?
R: 87,9 g/mol
R: 427 g/mol / C24H20P4
R: 0,066 m / 128 g/mol
R: 120 g/mol/ C4H8O4
Propiedades Coligativas de disoluciones de electrolitos
Al formar una disolución de electrolitos, el soluto se disocia en iones.
Dos o más partículas →→ cambios proporcionales y pronunciados
factor de van’t Hoff
i: toma un valor de 1 para no electrolitos
las propiedades coligativas de las disoluciones de electrólitos son más pequeñas de lo que se espera
Propiedades Coligativas de disoluciones de electrolitos
a concentraciones elevadas intervienen las fuerzas electrostáticas y forman pares iónicosPar iónico:
uno o más cationes con uno o más aniones unidos mediante
fuerzas electrostáticas
Formación de un par iónico
Valor de la carga α probabilidar de formar un de par iónico
↓ Número de partículas en la disolución
↓ Efecto sobre la prop. coligativa
¿Cuál de las siguientes disoluciones acuosas tiene: a) mayor punto de ebullición, b) mayor punto de congelación
c) menor presión de vapor: CaCl2 0,35 m o urea 0,90 m. Suponga disociación completa.
Acomode las siguientes disoluciones acuosas en orden decreciente de punto de congelación: Na3PO4 0,10 m; NaCl 0,35 m; MgCl2 0,20 m; C6H12O6 0,15 m, CH3COOH 0,15m
¿Cuáles son los puntos normales de congelación y de ebullición de las siguientes disoluciones? . Asuma la densidad del agua 1,0 g/mL
a) 21,2 g de NaCl en 135 mL de aguab) 15,4 g de urea (CH4N2O) en 66,7 mL de agua
¿Cuál de los siguientes solutos producirá el mayor incremento en el punto de ebullicióncuando se agreguen a 1 kg de agua: 1 mol de Co(NO3)2, 2 moles de KCl, 3 moles de
etilenglicol (C2H6O2)? R:KCl
Tf: -10 °C / Tb: 102,8 °C
Tf: -7,2 °C / Tb: 102 °C
R:C6H12O6 – CH3COOH – Na3PO4 – MgCl2 - NaCl
R: CaCl2 R: urea
R: urea
Propiedades Coligativas
propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.
Disoluciones de No electrolitos
Disoluciones de electrolitos
Presión de vapor
Temperatura de ebullición
Temperatura de congelación
Al agregar un solutoDisminuye
Disminuye
Aumenta
i= 1 i>1