Potencial Quimico en Soluciones
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FISICOQUÍMICA
Seminario 6
POTENCIAL QUÍMICOSOLUCIONES
2011
Volumen molar parcial
1 mol de agua
agua etanol
∆V= 18 cm3 ∆V= 14 cm3
jn,P,Ti
in
VV
∂
∂=
Propiedad o cantidad molar parcial
• Se aplica a cualquier propiedad extensiva (V, U, H, S, G, etc.), convirtiéndola en intensiva.
• En un sistema abierto, las propiedades extensivas (X) también dependen del número de moles de los componentes del sistema (ni).
G = f (T, P, n1, n2, n3,..., ni,...)
Gi = (δδδδG/δδδδni) T, P, nj
Energía Libre de Gibbs molar parcial Gi
Energía libre de Gibbs molar parcial
En un sistema abierto
En un sistema cerrado, y siendo w’ = 0
P y T constantes
=dG dTT
G
inP ,
∂
∂dP
P
G
inT ,
∂
∂+ ∑
≠
∂
∂+ i
nPTi
dnn
G
ij,,
=dG dTT
G
P
∂
∂dP
P
G
T
∂
∂+
Potencial químico= µµµµinPTin
G
ij ≠
∂
∂
,,
=iG
Potencial químico (µµµµ)
Energía libre de Gibbs molar parcial
• Función termodinámica
•Fuerza impulsora básica en los sistemas
fisicoquímicos, a P y T constantes, que indica la
espontaneidad de un proceso
µµµµf <<<< µµµµi
• Propiedad intensiva
⇒⇒⇒⇒ espontaneidad (P y T constantes)⇒⇒⇒⇒ ∆µ∆µ∆µ∆µ <<<< 0
Soluciones
Ideales
Soluciones (1)
Una solución es un sistema homogéneo constituido por más de
un componente.
El componente que se encuentra en mayor proporción se
denomina solvente y los que están en menor proporción se
llaman solutos.
Ideales- diluidas: 1-10 mMgases (O2, N2) e iones (Ley de Debye-Hückel)
Reales: 0.1-10 M
1) Las interacciones moleculares soluto:solvente son de igual magnitud a las solvente:solvente y las soluto:soluto
Soluciones (2)Soluciones ideales
2) Todos sus componentes (soluto y solvente) cumplen la Ley de Raoult en todo el intervalo de concentraciones
Ley de Raoult: La presión parcial de vapor de un componente
en una solución, es proporcional a su fracción molar.
Pi α Xi
PA = PA * . XA
PB = PB * . XB
Soluciones (3)
XA = 1 XA = 0
XB = 0 XB = 1
PBPA
PB*
PA* P = P
A + PB
Pi α Xi
Pi = k Xi Xi = 1
Pi = Pi*
Soluciones (4)Cálculo de µµµµ para soluto y solvente de soluciones ideales
A (l)
A (g) µA(l) = µA(g)
µA* = µAº + RT ln P*
A
Según Raoult PA = PA* . XA
µA = µA* + RT ln XA
A (l) +B (l)
A (g)+B(g)µA = µAº + RT ln PA
µA = µA* + RT ln PA/P
*A
Soluciones (5)Soluciones ideales-diluidas
XB = 0 XB = 1
PB*
PA = PA* . XA
Solvente ⇒⇒⇒⇒ Ley de Raoult
PB = kH . XB
PB = k’H . mB
Soluto ⇒⇒⇒⇒ Ley de Henry
Soluciones ideales-diluidaskH
PA*
XA= 1 XA = 0
µA = µA* + RT ln XA
Solución ideales-diluida
i
f
m
mRT ln=∆ µ
i
f
X
XRT ln=∆ µ
µB = µB o + RT ln mB
µi = µi* + RT ln ai
SOLUTO
SOLVENTE
Cálculo de µµµµ para soluto y solvente de soluciones reales
Soluciones (6)
µi = µio + RT ln ai
SOLVENTE
SOLUTO
Estados estándar
µA = µA* + RT ln XA
SOLUTOSOLVENTE
µB = µBo + RT ln mB
Líquido puro
Pº (1 atm ó 101 kPa)
Obedece la Ley de Raoult
Solución 1 molal
Pº (1 atm ó 101 kPa)
Obedece la Ley de Henry
Descenso de la Presión de Vapor
Ley de RaoultPA
∆PA para H2O:
45 Pa/(mol.l-1) a 298 K
PA = PA* XA
PA = PA* (1 – XB)
PA = PA* – PA
* XB
PA* - PA = PA
* XB
∆PA = PA* XB
PA* - PA XBPA
*=
Propiedades Coligativas
• Propiedades físicas, las cuales son proporcionales a la
concentración (número) de partículas (moléculas o iones) de
soluto, independientemente de su naturaleza
• La característica común es la reducción del potencial
químico del solvente por la presencia del soluto
1. Ascenso ebulloscópico
2. Descenso crioscópico
3. Presión osmótica
Propiedades
Coligativas
Ascenso Ebulloscópico
ke = constante molal de ascenso ebulloscópico
para H2O: 0.51 K/(mol. l-1)
Vapor
Líquido
vl µµ = vl µµ <
1000
2
V
Aee
H
MRTk
∆=
• ee kT =∆ Bm
Descenso Crioscópico
kf = constante molal de descenso crioscópico
para H2O: 1.86 K/(mol. l-1)
sl µµ =
ff kT =∆ Bmsl µµ <
1000
2
f
Af
fH
MRTk
∆=
•
Líquido
Sólido
Presión Osmótica
TRnVΠ =
V
nTRΠ =
1 2
agua
21 liqliq µµ = 21 liqliq µµ >
agua
i cTRΠ =
Factor i de Van´t Hoff
Es el número de especies químicas (partículas) obtenidas
en la solución por molécula de soluto
i = 1 El soluto no sufre modificaciones (Ej. urea)
i > 1 El soluto sufre disociación molecular
(NaCl, i = 2; CaCl2, i = 3)
Partículas activas = i . Concentración
Osmolaridad = i. Molaridad
300 mM manitol = 300 mOsmoles/l son soluciones
150 mM KCl = 300 mOsmoles/l iso-osmóticas
i < 1 El soluto sufre polimerización, agregación molecular
• Para un compuesto individual
• Para un ión individual en un campo eléctrico
ii zFmRT Ψ++= ln~~ oµµ
iaRT ln+= *µµ
Potencial electroquímico ( µ µ µ µ )~
z = carga del ión
F = Faraday (96500 c/eq)
Ψ = potencial eléctrico
imRT ln+=o
µµ
Para soluciones ideales-diluidas
ii zFmRT Ψ++= ln~~ oµµ
Potencial electroquímico ( µ µ µ µ )~
Para un ión individual que se mueve de un compartimiento 1 a un
compartimiento 2 entre los cuales hay una diferencia de potencial
(ej.: membrana biológica)
( )12
1
2ln~ Ψ−Ψ+=∆ zFm
mRTµ
11
2212
ln~
ln~~~~
Ψ−−−
Ψ++=−=∆
zFmRT
zFmRT
o
o
µ
µµµµ
∆Ψ = diferencia de potencial entre ambos compartimentos
Lehninger, “Principles of Biochemistry”, 3 ed, 2000
Potencial electroquímico: Mitocondria
pHIM ≅≅≅≅ 7.0
pHmatriz ≅≅≅≅ 7.8
Potencial electroquímico: Bomba Na+-K+
Medio extracelular
Medio intracelular
[Na+]e = 149 mM
[Na+]i = 32 mM
Potencial electroquímico: Impulso nervioso