Transcript PROPIEDADES DE UNA SOLUCIÓN.

UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
CATEDRA DE QUÍMICA TECNOLÓGICA
DEPARTAMENTO DE FISICOQUÍMICA
Desarrollado por
Profesor:
Adrián Sierra
Alumna:
Johana Paucar
Los estudios teóricos y experimentales han permitido
establecer que los líquidos poseen propiedades físicas
características. Entre ellas cabe mencionar: la densidad, la
propiedad de ebullir, congelar y evaporar, la viscosidad y la
capacidad de conducir la corriente eléctrica, etc.
Cada líquido presenta valores característicos (es decir,
constantes) para cada una de estas propiedades.
Cuando un soluto y un solvente dan origen a una
solución, la presencia del soluto determina una modificación
de estas propiedades con relación a su estado normal en forma
aislada, es decir, líquido puro. Estas modificaciones se
conocen como: PROPIEDADES DE UNA SOLUCIÓN.
Las propiedades de las soluciones se clasifican en dos grandes grupos:
PROPIEDADES CONSTITUTIVAS: Son aquellas que
dependen de la naturaleza de las partículas disueltas.
Ejemplo: viscosidad, densidad, conductividad eléctrica, etc.
PROPIEDADES COLIGATIVAS O COLECTIVAS: Son
aquellas que dependen del número de partículas moléculas,
átomos o iones disueltas en una cantidad fija de solvente.
Se le denomina Coligativas a aquellas propiedades que no dependen
de la naturaleza del soluto presente, sino del número de moléculas de
soluto en reacción con el número total de estas presentes en la
disolución, por adición de un soluto no volátil, aplicable al menos en
soluciones diluidas.
LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS SON:
Las propiedades Coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las
disciplinas científicas y tecnológicas y su correcta aplicación permite:
 Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación
fraccionada.
Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes.
Determinar masas molares de solutos desconocidos.
Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino
en los organismos animales o que permitan corregir una anomalías del mismo.
Formular soluciones de nutrientes para regadíos de vegetales en general.
¿SABIAS QUE?
El
termino
COLIGATIVO
proviene del latín Co.<<Junto>> y
LIGARE <<unir>>. Denota que
depende del conjunto.
ELECTROLITOS: son aquellos en el que
el soluto se disocia en mayor o menor
proporción en iones, incrementando así el
numero de partículas en solución.
NO ELECTROLITOS: son aquellos
donde el soluto disuelto permanece en forma
molecular sin carga y no presenta tendencia a
la disociación.
Una solución es una mezcla homogénea de especies
químicas dispersas a escala molecular es una fase
simple, que puede ser gaseosa, solida o liquida.
Pudiendo tener mas de dos componentes
considerando nosotros por convenios que el
constituyente en mayor proporción lo llamaremos
SOLVENTE y aquellos en cantidades relativamente
pequeñas SOLUTOS.
Si observamos el comportamiento de las soluciones; por ejemplo las compuestas
de un disolvente volátil y de uno o más solutos no volátiles y examinamos el
equilibrio entre la solución y el vapor, se tiene:
A)
B)
Si la temperatura se mantiene constante en el “equilibrio”, la presión de
vapor, es P°, presión de vapor del liquido puro en el caso A).
Mientras que en el caso B) la presión de vapor disminuye por la presencia del
material no volátil, se observa que P es menor que el líquido puro en el
manómetro.
Dado que el soluto es no volátil, el vapor es disolvente puro y a medida que se
añade mas material disminuye la presión en la fase de vapor.
La ecuación de la línea discontinua es:
P=P°-X2P° = (1- X2) P°
P
Si X es la fracción de disolvente X2+X=1, entonces:
P°
Ley de Raoult
P=XP°
LEY DE RAOULT
Esta ley establece que la presión de vapor de
un disolvente en una solución es igual a la
presión de vapor del disolvente puro por la
fracción mol de disolvente en la solución.
X2
En la grafica se observa que:
Para X=0, P=P° y disminuye a medida que
aumenta X2 (disminuye la fracción de disolvente).
Cuando la solución es diluida X20 la línea se
acerca a la discontinua que reacciona a P° y cero
(0).
Esto es un ejemplo de la LEY LIMITE,
entonces una
será
aquella que cumpla con la
en todo el intervalo de
concentración.
Las moléculas de la fase gaseosa
que chocan contra la fase líquida
ejercen una fuerza contra la
superficie del líquido, fuerza que
se denomina PRESIÓN DE
VAPOR, que se define como la
presión ejercida por un vapor
puro sobre su fase líquida cuando
ambos se encuentran en equilibrio
dinámico.
FUENTE:
http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm
¿SABIAS QUE?
La condición a la cual dos
procesos opuestos se efectúan
simultáneamente a igual
velocidad
se
denomina
EQUILIBRIO DINÁMICO.
A partir de la LEY DE RAOULT se tiene:
P°-P=P°- XP° = (1- X)P°
∆P=P°-P=X2 P°
Expresa que la disminución de la presión de vapor es proporcional a la
fracción mol de soluto. Si están varios solutos
“TODOS”
no volátiles,
entonces:
P°-P=(X2+X3+…)P°
LA PRESIÓN DE VAPOR de un disolvente desciende cuando se le añade un
soluto no volátil. Este efecto es el resultado de dos factores:
La disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre
La aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas
del disolvente, dificultando su paso al vapor. (Cuando las fuerzas heterogéneas son
mayores a las homogéneas, generalmente ocurre en presencia del soluto no volátil).
Presión de vapor
Disolvente puro
FUENTE:
http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm
Disolución
Equilibrio (Disolución + Vapor) por 2da Ley establece que el potencial
químico del disolvente tiene el mismo valor en la solución que en el vapor.
µvapor =µlíquido
Como el vapor es disolvente puro con una presión P, la expresión de
µvapor esta dada (asumiendo gas ideal):
µvapor =µ° vapor +RTLn(P)
que proviene de: ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA
TERMODINÁMICA
dG=-SdT+VdP
{G=f(T,P)}
Entonces:
Teniendo en
cuenta de la
ecuación
fundamental
la expresión
diferencial:
Integrando
a
temperatura constante
desde
la
presión
estándar P°=1 atm,
hasta un valor “P” de
presión del sistema:
Como µ=G/n, entonces la energía libre de Gibbs molar del gas ideal.
(Potencial Químico):
Recordando en el equilibrio:
.
Con el vapor como un gas ideal:
Aplicando la ley de Raoult:
1)
Si se tiene en cuenta un equilibrio de disolvente puro con vapor, la
presión sería P°, y la condición de equilibrio es:
2)
Restando las dos expresiones anteriores (1 y 2):
Disolvente en la
solución
Disolvente liquido
puro f(T,P)
Fracción mol
de disolvente
en la solución
EL PUNTO DE CONGELACIÓN de un líquido corresponde a la
temperatura en la cual las moléculas de un compuesto pasan del
estado líquido al estado sólido.
.
La condición de equilibrio del
disolvente
en
solución
y
disolvente sólido puro:
Disolvente
en solución
Para solución Ideal:
Reordenando:
Sólido no depende
de la composición
como variable
Temperatura de
congelación de la
solución.
(EQUIILIBRIO)
Energía de Gibbs
molar de fusión
La diferencia entre
líquido puro y sólido
puro es:
Para la dependencia de T
con x, derivamos respecto a
x, siendo P ctte.
Por la ecuación de Gibbs Helmholtz
Disolvente puro @ T
Se sustituye entonces
Suponiendo ctte:
Disolvente
puro con:
para descenso del punto de congelación.
Relaciona la temperatura T en Solución ideal con To de
disolvente puro y la fracción mol de disolvente en la
solución.
Si la Solución es
diluida, entonces:
La molalidad total de los solutos presentes: m=m2+m3+…, sea
n y M el número de moles y el peso molecular del disolvente,
entonces la masa de disolvente en n.M, luego:
y
y
entonces
Si expresamos la ecuación como
sigue:
0
Sustituyendo:
Solución
diluida
Integrando se tiene:
entonces
Para un
soluto
Por lo tanto
LA MASA DEL
SOLUTO:
ECUACIÓN DEL
DESCENSO DE LA
TEMPERATURA DE
CONGELACIÓN
Donde:
El punto de ebullición se define como: la
temperatura a la cual de vapor iguala a la
presión externa o atmosférica.
La
condición
de
equilibrio del disolvente
en solución con el vapor
de disolvente puro:
Temperatura
de ebullición
del solvente
Donde:
DIFUSIÓN:
es el proceso
mediante el cual las moléculas
del soluto tienen a alcanzar una
distribución homogénea en todo
el espacio que les es accesible,
lo que se alcanza al cabo de
cierto tiempo.
OSMOSIS:
es
la
difusión de líquidos a través
de
membranas.
Es
el
movimiento neto de solvente
desde la solución menos
concentrada de soluto hacia la
solución más concentrada de
soluto.
FUENTE:
http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm
La
presión
hidrostática
resultante de la diferencia de
niveles en la solución de
azúcar en el tubo y en la
superficie de agua pura es la
PRESIÓN OSMÓTICA
La membrana debe ser
semipermeable y selectiva al
disolvente en cuestión.
Es menester calcular la
relación
entre
dicha
diferencia de presión y la
concentración de la solución.
Para medir la presión osmótica se utiliza el osmómetro,
que consiste en un recipiente cerrado en su parte inferior
por una membrana semipermeable y con un émbolo en la
parte superior. Si introducimos una disolución en el
recipiente y lo sumergimos en agua destilada, el agua
atraviesa la membrana semipermeable y ejerce una
presión capaz de elevar el émbolo hasta una altura
determinada. Sometiendo el émbolo a una presión
mecánica adecuada se puede impedir que pase el agua
hacia la disolución, y el valor de esta presión mecánica
mide la presión osmótica.
OSMÓMETRO
Las leyes que regulan los valores de la presión
osmótica para disoluciones muy diluidas, son análogas
a las leyes de los gases. Se conocen con el nombre de
su descubridor Jacobus H. Van’t Hoff
FUENTE:
http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm
Ecuación de Van’t Hoff
Condición de equilibrio
por la diferencia de
presión:
Agua en solución
A partir de la ecuación
fundamental a T ctte, se
tiene que:
Combinando
con la ecuación
anterior:
Agua pura
Integrando
Volumen molar
disolvente puro
de
Para líquidos
considerados
incompresibles:
Como:
y
Si n>>n2
Entonces se
tiene que:
Como:
Donde:
Finalmente:
ó