Unidad Iii. Mezclas Y Disoluciones_guia.docx

U UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA N “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” E VICE-RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJIAS” X NÚCLEO GUARENAS P O

MEZCLAS, DISOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS

Diciembre, 2016 1

MEZCLAS Las mezclas son materiales conformados por 2 o más sustancias químicas que no reaccionan entre sí, de composición variables y sus propiedades están relacionadas con las de sus componentes. Clasificación de las mezclas: 1. Mezclas heterogéneas. 2.1.- Suspensiones. 2.2.- Coloides. 2.3.- Mezclas groseras. 2. Mezclas homogéneas. (DISOLUCIONES) Mezclas heterogéneas: Son las que poseen dos o más fases y sus partículas son distinguibles a simple vista o con el microscopio. Se clasifican: Suspensiones Coloides Mezclas groseras

Una suspensión es una mezcla heterogénea formada por un sólido insoluble (fase interna, dispersa o discontinua), que se suspenden en un medio líquido (fase externa, continua, dispersante o dispersora); que permite que las partículas permanezcan suspendidas por un tiempo determinado y luego se sedimentan; por ejemplo: arena y agua. Las suspensiones no son estables, La estabilidad física de las suspensiones depende del tiempo que tarde la fase dispersa en sedimentar. Ello depende del tamaño de las partículas, de la viscosidad de medio, de los cambios bruscos de temperatura; lo cual se evita utilizando agentes tensoactivos 1 o estabilizantes.2 TIPOS DE COLOIDES Y EJEMPLOS Medio Fase Dispersa Dispersante

Nombre Común

Son mezclas que tienen una fase dispersante y una fase dispersa, en donde el tamaño de las partículas oscila entre 10 -7 y 10 -5 cm. Ejemplo: leche, gelatina, cremas, pinturas.

Son mezclas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato.

Ejemplos

Líquido

Sólido

Emulsión Sólida o Queso, mantequilla, jaleas, gelatina Gel

Gas

Sólido

Espuma Sólida

Esponja, espuma, piedra pómez

Sólido

Líquido

Sol

Pudines, Leche de magnesia, pintura, lodo

Líquido

Líquido

Emulsión

Leche, mayonesa, aderezo para ensalada, cremas

Gas

Líquido

Espuma

Crema batida, espuma de la cerveza, espuma de

1 Agentes tensoactivos: son sustancias que impiden que las partículas de una dispersión se aglutinen, evitándose la tendencia a sedimentar. 2 Estabilizantes: cualquier sustancia que se incluye en la formulación de una suspensión que impida que ésta pierda su estabilidad. Aquí se incluyen espesantes, anticongelantes, conservantes entre otros.

2

Fase Dispersa

Medio Dispersante

Nombre Común

Ejemplos rasurar

Sólido Líquido

Gas

Aerosol Sólido

Humo, virus que se transporta por el aire

Gas Aerosol Líquido Humedad, niebla, nubes Fuente: Maron & Prutton. (2002). Fundamentos de Fisicoquímica. México. Limusa S.A.

TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LAS MEZCLAS 1. PROCEDIMIENTOS FÍSICOS: destilación, evaporación, cristalización y cromatografía. 2. PROCEDIMIENTOS MECÁNICOS: filtración, decantación, levigación, tamización e imantación. Destilación

Evaporación

Procedimiento físico que permite separar líquidos miscibles con diferentes puntos de ebullición por medio del calentamiento y posterior condensación de las sustancias. La destilación puede ser: (a) simple , si la muestra contiene un único componente volátil que se desea separar; o (b) fraccionada , si la muestra contienen dos o más componentes volátiles que se separan mediante una serie de vaporizaciones-condensaciones en una misma operación .

Procedimiento físico que consiste en separar los componentes de una mezcla de un sólido disuelto en un líquido. La evaporación se realiza en recipientes de poco fondo y mucha superficie, tales como cápsulas de porcelana.

Cromatografía

Consiste en purificar una sustancia sólida; esto se realiza disolviendo el sólido en un disolvente caliente en el cual los contaminantes no sean solubles; luego se filtra en caliente para eliminar las impurezas. El filtrado se deja enfriar lentamente hasta que se formen los cristales.

Esta técnica se utiliza para separar los componentes de una mezcla según las diferentes velocidades con que se mueven al ser arrastradas por un disolvente a través de un medio poroso que sirve de soporte a la mezcla.

PROCEDIMIENTOS MECÁNICOS PARA SEPARAR LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA FILTRACIÓN

TAMIZADO

Permite separar los componentes Consiste en separar una mezcla de Se utiliza para separar no miscibles de una mezcla de una fase sólida materiales sólidos de tamaños con diferentes densidades; para ello 3

suspendida en una fase líquida, utilizando una membrana permeable llamada medio filtrante, a través de la cual se hace pasar la mezcla. La fase líquida pasa a través de la membrana y la fase sólida queda retenida en ella. IMANTACIÓN

diferentes, por ejemplo granos de arena de diferentes diámetros empleando un tamiz (colador). Los granos de arena de menor tamaño pasan a través del tamiz y los granos mayores quedan retenidos.

se coloca la mezcla en un embudo de decantación, se deja reposar y el líquido más denso queda en la parte inferior del embudo, el cual es extraído al abrir la llave de paso.

CENTRIFUGACIÓN

LEVIGACIÓN

Consiste en separar con un imán el componente de una mezcla que tienen propiedades magnéticas de otro que no posee dicha característica. La separación se hace pasando el imán a través de la mezcla para que el material magnético se adhiera a él: por ejemplo: separar las limaduras de hierro que se hallen mezcladas con azufre en polvo.

Consiste en la separación de materiales de diferentes densidades que componen una mezcla. Para esto se coloca la mezcla en un tubo para centrífuga, y este dentro de un aparato llamado centrífuga, la cual tienen un movimiento de rotación constante y rápida, que hace que las partículas de mayor densidad vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior.

Esta operación permite separar fases sólidas de partículas de tamaños semejantes, pero de diferentes densidades. Para ello las partículas sólidas se arrastran con una corriente de agua y las mismas se van depositando en orden decreciente de sus densidades.

MEZCLAS HOMOGÉNEAS: DISOLUCIONES Las disoluciones son materiales homogéneos formados por dos o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. Toda disolución está formada por una sustancia llamada soluto la cual representa la sustancia que se disuelve en otra denominado disolvente. Una disolución puede estar formada por uno o más soluto y uno o más disolventes. Pero en este tema nos referiremos a las disoluciones binarias, es decir, aquellas que están constituidas solo por un soluto y un disolvente. UTILICE EL SIGUIENTE ENLACE PARA DESCARGAR SIMULACIONES RELACIONADAS CON EL TEMA https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/fisica-y-quimica-3o-eso/la-diversidad-de-lamateria/las-disoluciones CARACTERISTICAS DE LAS DISOLUCIONES 1. Son mezclas homogéneas, es decir, que las sustancias que la conforman ocupan una sola fase, y presentan una distribución regular de sus propiedades físicas y químicas, por lo tanto al dividir la disolución en n partes iguales o distintas, cada una de las porciones arrojará las mismas propiedades físicas y químicas. Para ello el disolvente debe ser capaz de disolver al soluto, mediante un mecanismo físico denominado solvatación. 4

Ej. : Solvatación de la molécula metanol por moléculas de agua. La solubilidad del metanol en agua, se ve facilitado porque se hacen presente también los puentes de hidrógenos, ya que el metanol y el agua presentan un átomo muy electronegativo, como lo es el oxígeno y poseen hidrogeno. Cuando el solvente es polar y el soluto es iónico, la interacción que se establece es ión - dipolo. Ej: agua (compuesto polar). con NaCl (compuestos iónico); se da una solvatación ión - dipolo. 2. La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varían entre ciertos límites. Por ejemplo, 100 g de agua a 0 ºC es capaz de disolver hasta 37,5 g de NaCl, pero si mezclamos 40 g de NaCl con 100 g de agua a la temperatura señalada, quedará un exceso de soluto sin disolver. 3. Sus propiedades físicas dependen de su concentración. Ej. Una disol. HCl de concentración 12 mol/L, tiene una densidad de 1,18 g/mL; por el contrario un disol. HCl de concentración 6 mol/L, la densidad es de 1,10 g/mL 4. Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc. Ej: para separar los componentes de una disolución acuosa de NaCl, se realiza por evaporación. La disolución es sometida a calentamiento, al alcanzarse la temperatura de ebullición del solvente éste se separa en forma de gas, quedando la sal como residuo. 5. Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son inferiores a 10 Angstrom ( Å ) 3. CLASIFICACION DE LAS DISOLUCIONES. POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN Sólido en sólido : zin en estaño (Latón ). SÓLIDAS Gas en sólido: Hidrógeno en paldio. Líquido en sólido: Mercurio en plata (amalgama). Líquido en Líquido: Alcohol en agua Sólido en líquido: Sal en agua LÍQUIDAS Gas en líquido: Oxígeno en agua GASEOSAS Gas en gas: Oxígeno en nitrógeno. POR SU CONCENTRACIÓN DISOLUCION NO-SATURADA; es aquella en donde el soluto y el disolvente no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación. Ej: a 0 ºC 100 g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada. DISOLUCION SATURADA: en estas disoluciones hay un equilibrio entre el soluto y el disolvente, ya que a la considerada, el disolvente no es capaz de disolver más soluto. Ej una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 disueltos en 100 g de agua 0 ºC . DISOLUCION SOBRE SATURADA: representan un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disoluciones se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas disoluciones son inestables, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura. Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, algunos autores clasifican las disoluciones en diluidas y concentradas, y las concentradas se subdividen en saturadas y sobre saturadas. Las diluidas, se refieren a 3 Angstrom: unidad de longitud que equivale a 10-8 cm. 5

aquellas que poseen poca cantidad de soluto en relación a la cantidad de disolución; y las concentradas cuando poseen gran cantidad de soluto. Esta clasificación es inconveniente su utilización, debido a que no todas las sustancias se disuelven en la misma proporción en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada. Por Ej: a 25 ºC en 100 g de agua disuelven 0,000246 g de BaSO4 y a la misma temperatura en 100 g de agua disuelven 50 g Na 2S2O3. ¿La disolución de sulfato de Bario es concentrada? No, es saturada porque ella no admite más sal, aunque por la poca cantidad de soluto disuelto debería clasificarse como diluida. Por ello es más conveniente clasificar a las disoluciones como no saturadas, saturadas y sobre saturadas. SOLUBILIDAD: la solubilidad expresa la cantidad de gramos de soluto disueltos por cada 100g de disolvente a una determinada temperatura. Para calcularla, se utiliza la siguiente relación.

SOLUBILIDAD=

masa sto ( g ) x 100 masa ste ( g )

Para que una sustancia se disuelva en otra debe existir semejanza en las polaridades de sus moléculas. Por ejemplo el agua es un compuesto polar, por ello disuelve con facilidad a las sustancias polares como son los ácidos, hidróxidos y sales inorgánicas y a los compuestos orgánicos polares. Esta regla no es totalitaria, ya que existen compuestos inorgánicos altamente polares que son insolubles en agua como son los carbonatos, fosfatos (exceptuando a los del grupo IA y del NH4+), los hidróxidos (exceptuando los del grupo IA y el Ba(OH)2) y los sulfuros (exceptuando a los del grupo IA, IIA, del NH4+) esta situación está relacionada con el tamaño de la molécula y las fuerzas ínteriónicas. Las sustancias se consideran insolubles cuando la solubilidad es menor a 0,1 mg de soluto por cada 100 g de disolvente. Y cuando un líquido no se disuelve en otro líquido se dice que no son miscibles 4. FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD: La naturaleza del soluto y del disolvente, la temperatura y la presión. LA NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL DISOLVENTE: no existe una regla fija que permite establecer una generalización en cuanto al fenómeno de la disolución. Cuando un soluto es agregado en un disolvente, se da un proceso de difusión de las moléculas del soluto hacia el seno de las moléculas del disolvente, lo cual ocurre sólo y cuando entre las moléculas del soluto y del disolvente se establezcan fuerzas interactivas capaces de vencer las fuerzas intermoleculares existentes en el cuerpo a diluyente. Es por ello, que los disolventes polares tienden a disolver a las sustancias de polaridad semejante, aunque este proceso puede ser interferido por la existen de moléculas más voluminosas que las del disolvente y por ende, la existencias de fuerzas intermoleculares superiores a las que podrían establecerse entre el soluto y el disolvente. EFECTO DE LA TEMPERATURA: generalmente un aumento de temperatura facilita el proceso de disolución de un soluto. Lo que se explica por los siguientes hechos: a) El calor suministrado al sistema aumenta la velocidad de difusión de las partículas del soluto en el seno del solvente. b) El calor suministrado es absorbido por las moléculas del soluto, debilitándose las fuerzas intermoleculares y facilitándose el proceso de solvatación 5. Sin embargo, existen casos en donde un aumento de temperatura disminuye la solubilidad, como el caso del Ce 2(SO4)3 el cual su solubilidad en agua a O ºC es de 39,5 % mientras que a 100 C es de 2,5 %. Otro caso como el del NaCl el cual una variación de temperatura no altera, apreciablemente la solubilidad; o el caso muy particular es el Na 2S04 el cual al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad hasta alcanzar un máximo, a partir de allí un incremento de temperatura, disminuye la solubilidad. Este comportamiento se debe a que a cierta temperatura los cristales de la sal se hidratan provocando un 4 Líquidos miscibles son aquellos que se mezclan ocupando una sola fase, es decir, forman un sistema homogéneo. Cuando los líquidos no se mezclan homogéneamente, se dicen que son no miscibles o inmiscibles. 5 Solvatación: proceso mediante el cual moléculas del solvente rodean a las del soluto disgregándolas homogéneamente por todo el sistema..

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descenso en la solubilidad. La influencia de la temperatura en la solubilidad de las sustancias, para algunas sustancias se han recogidos datos experimentales que han permitido construir la gráfica de solubilidad en función de la temperatura. CURVA DE SOLUBILIDAD: es la gráfica en que se encuentra la relación soluto - solvente para una disolución saturada a la temperatura en consideración. Ej. El nitrato de potasio, forma una disolución saturada a 40 ºC cuando 70 g de ella están disueltos en 100g del agua.

El proceso de disolución de una sustancia puede ser endotérmico ó exotérmico. Un aumento de temperatura favorece la disolución en los procesos endotérmicos; y una disminución de temperatura favorece la disolución en los procesos exotérmicos. ACTIVIDAD Nº 2 1. Para las sustancias químicas representadas en el gráfico anterior, cuál de ellas posee mayor solubilidad a 25º C, y cuál posee menor solubilidad a la misma temperatura? 2. Calcule la solubilidad de las siguientes sustancias en agua: Soluto Temperatura (ºC) Masa de sto. (g) Masa de ste. (g) NaCl 0 18,75 50 Cr(NO3)3.9H2O 15 416 200 MnSO4. H2O 20 7 10 Na2S2O3 25 25 50 EFECTO DE LA PRESION: este es un factor que tiene efecto apreciable en la solubilidad de gases. Experimentalmente se ha comprobado que la solubilidad del gas es directamente proporcional a las presiones aplicadas. CONCETRACION DE UNA DISOLUCION: expresa la proporción en que se encuentra el soluto en relación con la totalidad de la disolución, y la misma se indica mediante unidades físicas y químicas. UNIDADES FISICAS a) Porcentaje masa/masa (% m/m): expresa la cantidad de gramos de soluto que existen por cada 100 gramos de disolución. Ej: Disolución azucarada al 5 % m/m. Ello indica que dicha disolución contiene: a) 5g de azúcar por cada 100 g de disolución; b) 5g de azúcar en 95 g de agua y c) 95 g de solvente por cada 100 g de disolución. EJERCICIO: Se disuelve 0,5 gramos de AgN03 en 40 gramos de agua. Calcular la concentración de la disolución en % m/m. 7

DATOS sto= 0,5g ste= 40g INCOGNITA S C= ? sol= ?

a) calculando masa de disolución: m disol = m sto + m ste =====> m disol = 0,5g sto + 40g ste = 40,5 g disol. 0,5 g sto b) % m/m= 100 g disol x -------------------- = 1,23 g sto/100g disol. =====> . 40,5 g disol C = 1,23 % m/m

por definición:

b) % masa / volumen ( % m / V): expresa la cantidad en gramos de soluto que hay por cada 100 mL de disolución. Ejercicio: Se tienen 400mL de una disolución alcalina al 10% m/V. Calcule la cantidad de soluto. DATOS: a) el 10% m/V expresa que por cada 100 mL de disolución hay 10 gramos de álcalis. C= 10 % m/V. b) Calculando masa de soluto en 400 mL disol Vdisol = 400 mL 10 g sto m sto= 400 mL disol x ------------------- = 40 g sto. 100 mL disol . c) Porcentaje volumen/ volumen: expresa la cantidad de mL de soluto que hay por cada 100 mL de disolución. Ejercicio: ¿Qué cantidad de agua se ha de agregar a 60 mL de alcohol etílico para que la disolución resultante sea 2,5 % V/V? DATOS: La concentración del 2,5 % V/V expresa que existen 2,5 mL de alcohol por cada 100 mL de C= 2,5 % V/V. disolución; ó 2,5 mL de alcohol por cada 97,5 mL de disolvente. ste= ? 2,5 % V/V = 100 mL sol - 2,5 mL sto = 97,5 mL de disolvente. sto= 60 mL. 97,5 mL ste V ste = 60 mL sto x -------------------------- = 2 340 mL ste. 2,5 mL sto d) Concentración en g/L: expresa la cantidad en gramos de soluto que hay por cada litro de disolución. Ejercicio: Se disuelven 4,5 gramos de CuS04 en agua hasta obtener 700 mL de sol. Calcular la concentración en g/L. DATOS 1L m sto= 4,5 g CuS04 a) V disol= 700 mL x ------------- = 0,7 L sol Vsol= 700 mL 1000 mL C= ? ( g/L) 4,5 g CuS04 b) b) C g/L = --------------------- = 6,43 g/L 0,7 L sol

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ACTIVIDAD 3 1) Calcular la cantidad de soluto y solvente que hay en: a) 400 gramos de disolución al 6 % m/m. R: 24 g sto. y 376 g ste. b) 56 gramos de disolución al 30 % m/m. R: 16,8 g y 39,2 g c) 450 gramos de disolución al 10 % m/m R: 45 g y 405 g d) 200 gramos de disolución al 5 % m/m R: 10 g y 190 g e) 450 gramos de disolución al 20 % v/v R: 90 mL y 360 mL f) 980 mL de disolución al 25 % v/v R: 245 mL y 735 mL. g) 50 mL de disolución al 30 % v/v R: 15 mL y 35 mL 2) Calcular la concentración de la disoluciones que se han preparado disolviendo: a) 20 gramos de azúcar en 300 gramos de agua R: 6,25 % m/m b) 6 gramos de sal en 80 gramos de agua R: 6,98 % m/m c) 50 gramos de naftaleno en 500 gramos de benceno. R: 9,1 % m/m d) 20 mL de alcohol en 40 mL de agua (vol. aditivos) R: 33,33 % v/v e) 5 mL de éter en 60 mL de alcohol (vol. aditivos) R: 7,7 % v/v f) 60 gramos de glucosa en 800 mL de disolución. R: 7,5 % m/v g) 3 gramos de nitrato de plata en 60 mL de disolución. R: 5 % m/v h) 15 gramos de úrea en 750 mL de disolución. R: 2 % m/v ACTIVIDAD 4 1. Defina el término densidad, e indique su utilidad. 2. Complete el siguiente cuadro: Disolución % m/m A B C D E F G H I J

10 % 8% 30 % 6% 20 %

Densidad de la disol. en g/mL 1,12 1,019 1,15 1,21 1,2 0,94 1,09 1,005 1,16 1,3

% m/V 10 % 25 % 15 % 2% 20 %

Caso A: Datos: C = 10 % m/m  = 1,12 g/mL

Incognita: % m/V SOLUCIÓN

a)Interpretando lo que indica la concentración dada: 10 % m/m significa que la disol contiene 10 g sto disueltos en 100 g disol b) Expresando lo que se quiere encontrar: 9

Se pide que se encuentre la cantidad de g sto disueltos en 100 mL disol; para ello la cantidad de disolución dada en gramos se debe transformar en unidad de volumen (mL); para ello se utiliza la densidad()

c) transformando 100 g disol en mL m m 100 g = ------- despejando V …….. V = ----------- = --------------- = 89,29 mL disol V 1,12 g/mL d) Interpretación de este resultado 100 g disol = 89,29 mL disol; por tanto 10 g sto están disueltos en 89,29 mL disol e)Calculado los gramos de soluto en 100 mL disol, lo cual por definición es % m/V 10 g sto % m/V = 100 mLdisol x ---------------------------- = 11,20 % m/V 89,29 mL disol

UNIDADES QUIMICAS. a) Concentración en mol/L: (molaridad) El Sistema Internacional de Pesos y Medidas: SI); no acepta el término molaridad, el cual debe sustituirse por concentración en mol/dm3. (1 dm3= 1 litro). La concentración en mol/L expresa la cantidad de mol de soluto que hay disueltos por cada decímetro cúbico (dm3) de disolución; o la cantidad de milimol (mmol) de soluto por cada centímetro cúbico de la disolución, (1 mol = 1000 mmol). Se simboliza: [ A ] ó CA. Ej: Una disolución de ácido sulfúrico de concentración 2 mol/L, significa que la misma contiene 2 mol de H 2S04 por cada litro de disolución. Ejercicio: Se disuelven 2 gramos de Na0H en agua hasta obtenerse 750 mL de disolución. Calcular la concentración en mol/L. DATOS 1L MNa0H= 40 g/moL. a) V disol = 750 mL x ------------- = 0,75 L 1000 mL m sto= 2 g Na0H Vdisol= 750 mL C = ? mol/L

b)

1 mol NaOH b) n Na0H= 2 g NaOH x ------------------------ = 0,05 mol NaOH 40 g NaOH 0,05 mol c) [Na0H] = ------------- = 0,067 mol/L 0,75 L

MOLALIDAD: expresa la cantidad en mol de soluto que se encuentran por cada kilogramo de disolvente.

Se representa con la letra

m. Ej: Una disolución acuosa de Ca(0H) 1 molal significa que la misma contiene 2

1 mol de Ca(0H)2 (74g) en un kg de agua. EJERCICIO: Se disuelven 40mL de disol HCl al 37% m/m y de densidad 1,12 g/mL en 200mL de agua. Cuál es la molalidad de la disolución resultante? 10

DATOS Vsol= 40 mL C = 37 % m/m  = 1,12 g/mL Vagua = 200 mL = 200g = 0,2 Kg porque la  agua = 1 g/mL M.HCl = 36,5 g/mol. Incognita: m =?

1) Disol final = disol. Inicial + 200 mL de agua 2) m ste final = m ste en disol inicial + 200 g agua 3) m = mol sto / m ste (Kg) CALCULANDO MOL DE SOLUTO EN LA DISOLUCIÒN INICIAL: 1,12 g sol 37 g HCl 1mol HCl mol HCl: 40mL sol x ---------------------- x ---------------- x ----------------- = 0,45 mol HCl 1 mL sol 100g sol 36,5 g CALCULANDO Kg DE SOLVENTE EN LA DISOLUCIÒN INICIAL: 1,12 g sol 63 g agua 1 kg agua Kg agua sol inicial = 40mL sol x ------------------ x ---------------- x------------------ = 0,03 Kg agua 1 mL sol 100g sol 1000 g agua CALCULANDO Kg DE SOLVENTE EN LA DISOLUCIÒN FINAL: Kg agua en sol final = 0,03 Kg + 0,2 Kg = 0,23 Kg CALCULANDO MOLALIDAD: 0,45 mol HCl f) m = ---------------------- = 1,97 mol/kg 0,23 kg agua

c) FRACCION MOLAR: expresa la cantidad de mol de cada componente en relación a la totalidad de mol de la disolución. Se simboliza con la letra “ X “. Ej: X sto= fracción molar del soluto.

ECUACIONES PARA CALCULAR FRACCIÒN MOLAR n sto n ste n total = n sto + n ste X sto = -----------X ste = -----------X sto + X ste = 1 n total n total Ejercicio: Calcular la fracción molar de una disolución de H2SO4 al 98 % m/m y de densidad 1,84 g/mL. DATOS a) C= 98 % m/m = 98 g H2SO4 + 2 g H2O C= 98 % m/m densidad= 1,84 g/mL 1 mol H2O M H2O= 18 g/mol b) n H2O = 2 g H2O x -------------- = 0,11 mol H2O M H2SO4 = 98 g/mol. 18 g H2O c) 1 mol H2SO4 = 98 g H2SO4 d) n total = 1 mol H2SO4 + 0,11 mol H2O = 1,11 mol 1 mol X H2SO4= ------------- = 0,9 1,11 mol

0,11 mol X H2O = --------------- = 0,1 1,11 mol

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DILUCIÓN DE DISOLUCIONES Para diluir una disolución; es decir, para bajar la concentración de la misma, se debe agregar suficiente solvente para alcanzar la concentración deseada. Por el contrario si se agrega más soluto la concentración de la disolución aumenta. EJ.: ¿Cuántos gramos de agua deben agregarse a 500 g disol. de AgNO 3 al 5 % m/m, para obtener una disolución de concentración 2 % m/m? Razonamiento: a) 500 g disol al 5 % m/m (disol inicial) + X g ste producirá una nueva disolución al 2 % m/m (disol final) b) La masa de soluto en la disolución al 2 % m/m es igual a la masa de sto. en la disol. al 5 % m/m, porque sólo se agrega ste para provocar la dilución. c) La masa de disol. al 2 % m/m es igual a la masa de la disol. al 5 % m/m más los X g de ste añadido. Procedimiento: a) Calculando masa de sto en 500g disol al 5 % m/m: 5 g sto m sto = 500 g disol x-------------------- = 25 g sto 100 g disol b) Calculado la masa de la disolución final m d.f. = 500 g + X g ste = (500 + X) g disol c) Para encontrar el valor de X se plantea una ecuación de primer grado

25 g sto 2 % m/m = 100 g disol x -------------------------- Resolvemos (500 + X) g disol 2 (500 + X) = 100 x 25 1 000 +2X = 2 500 2X = 2 500 – 1 000 X = 1 500 / 2 X = 750 Conclusión: a la disol inicial al agregarle 750 g de agua la concentración baja del 5 % m/m al 2 % m/m ACTIVIDAD 5 1) En cuántos gramos de agua se deben disolver 5 gramos de sulfato cúprico para que la disolución preparada posea una concentración de 3,2 % m/m. R: 151,25 g 2) Una disolución de carbonato de sodio tiene una densidad de 1,15 g/mL, y una concentración del 14 % m/m. Calcule: a) cuántos gramos de dicha disolución deben evaporarse a sequedad para obtener 20 gramos de carbonato de sodio.? R: 142,86 g b) Cuántos gramos de sal están contenidos en 60 mL de la disolución? R: 9,66 g a) Cuántos gramos de sal están contenidos en 60 gramos de la disolución? R: 8,4 g 3) 200 gramos de sal se disuelven en agua hasta completar 800 mL de disolución. Posteriormente de dicha disolución se toman 100 mL y se diluyen en agua hasta obtener 500 mL. Si la disolución diluida posee una densidad de 1,09 g/mL, calcule la concentración de la misma en % m/m, m/v y g/L. R: 4,6 % m/m ; 5 % m/v ; 50 g/L 12

4) A 300 gramos de una disolución de cloruro de sodio al 15 % m/m, se agregan 8 gramos de la misma sal al 87 % de pureza. Calcule la concentración de la disolución resultante en % m/m. R : 16,87 % m/m 5) Se tienen 250 mL de una disolución de HCl al 15 % m/m y de densidad 1,05 g/mL. Calcule la concertación de alcanzará dicha disolución, en %m/m y % m/v, cuando: a) Se le agrega 100 gramos de agua. R: 10,86 % m/m 11,25 % m/v b) Se le agrega 100 mL de una disolución del mismo ácido con una concentración del 10 m/m y una densidad de 1,059 g/mL. R : 13,56 % m/m 14,28 % m/v 6) Se tienen 400 gramos de una disolución de NaCl al 20 % m/m. ¿Qué concentración alcanzará la disolución cuando se le evapora el 30 % del disolvente? R : 26,32 % m/m 7) 560 gramos de una disolución de KCl al 10 % m/m. a) ¿Qué cantidad de agua se le debe añadir a dicha disolución para que su concentración baje a 6,5 % m/m? R: 301,54 g b) ¿Qué cantidad de sal debe agregarse para que la concentración suba a 16 % m/m? R: 40 g C) ¿Qué cantidad de KCl al 90 % de pureza debe agregarse para que la concentración suba a 13 % m/m? R : 21,46 g 8) Se disuelven 4,8 gramos de cloruro de magnesio hexahidratado ( MgCl 2 . 6 H 2O) en agua hasta producir 120 mL de disolución de densidad 1,09 g/mL. Calcule : a) % m/m b) % m/v c) concentración en: g/l y mg/l . R: 3,76 % m/m; 4 % m/V; 40 g/L; 4x104 mg/L 9) Se tienen 400 mL de una disolución de sulfato cúprico ( CuSO 4 ) al 15 % m/m y de densidad 1,12 g/mL. Calcule: a) Cuántos gramos de sulfato cúprico pentahidratado ( CuSO 4 . 5 H2O) hay que agregar a dicha disolución para que la concentración sea del 25 % m/m. b) Cuántos gramos de agua hay que agregar a dicha disolución para que la concentración se reduzca a 10 % m/m. R: 114,87 g SH ; 224 g H2O 10) Se mezclan 40 mL de una disolución de ácido nítrico (HNO3) al 63 % m/m y de densidad igual a 1,34 g/mL; con 300 g de una disolución del mismo ácido con una concentración de 1,8 mol/L y de densidad 1,109 g/mL. Calcule la concentración de la disolución resultante en: a) % m/m b) % m/v c) concentración en: g/l, mg/l 11) Se mezclan 300 mL de una disolución de ácido sulfúrico de 12 % m/m de concentración y de densidad 1,31 g/mL, con 250 mL de una disolución de NaOH 1,8 mol/L de concentración. Indique si la disolución resultante es ácida o alcalina. Calcule la concentración en mol/L de la disolución resultante, en término del exceso. Ecuación de la reacción: H2SO4 + NaOH Na2SO4 + H2O R: 0,46 mol/L 12) Cuántos gramos de KOH al 75 % de pureza se deben disolver en agua para obtener una disolución que neutralice 500 mL de una disolución de ácido sulfúrico de concentración 3,2 mol/L? Ecuación de la reacción: H2SO4 + KOH K2SO4 + H2O R: 52,80 % m/V; 5,39 mol/L; 0,11 y 0,89 13) Se tiene una disolución de ácido sulfúrico al 40 % en masa y de densidad 1,32 g/mL. Calcule la concentración en % m/V; mol/L y en fracción molar. R: 238,93 g 14) Se disuelven 20 gramos de urea (M= 60 g/mol) en agua. La concentración de la disolución resultante es 1,2 molal y de densidad 1,12 g/mL. Exprese la concentración de la disolución en fracción molar y en mol/L. R: 0,2 y 0,98 ; 1,25 mol/L 15) Se mezclan: 20 mL de disolución al 5 % m/V, 50 mL de otra disolución al 12 % m/V del mismo soluto y 50 mL de agua. Calcule la concentración de la disolución resultante en %m/m y en %m/V. Densidad de la disolución resultante 1,2 g/mL. R: 4,86 m/m ; 5,83 m/V ACTIVIDAD 6 1.- Determine la concentración, en porcentaje en masa, de una disolución preparada a partir de 5 gramos de fosfato de sodio y 400 g de agua. R:1,25 2.- Determine la concentración en porcentaje en masa de Na 3PO4 (M =164) en una disolución preparada a partir de 5 g de la sal hidratada Na3PO4.12H2O (M = 380) y 400 g de agua. R: 0,53 13

3.- Se añaden 11 g de NaOH a 90 g de una disolución de NaOH al 10% en masa. Determine el % en masa de la nueva disolución. R: 19,80 4.- Se añaden 18 g de una muestra de NaOH al 75 % de pureza a 200 g de una disolución de NaOH al 10 % en masa. Determine la concentración en % en masa, de la disolución resultante. R: 15,37 5.- Se mezclan 60 g de una disolución al 12 % en masa de NaCl con 40 g de otra disolución de NaCl al 7 % en masa. ¿Cuál es la concentración de la disolución resultante en % en masa? R: 10% 6.- El cloruro de Mg se encuentra presente en muchos manantiales y en el agua de mar. Se tiene una muestra de agua cuya densidad es 1,08 g/mL que contiene 6 % en masa de cloruro de Mg (MgCl 2 M= 95). Que volumen de la misma deberá utilizarse para obtener, mediante evaporación, 25 de MgCl 2.6 H2O (M= 203). R: 180,56 mL 7.- Determine la concentración, en % en masa de fosfato de sodio en una disolución preparada a partir de 5 g de Na3 PO4 (M= 164); 2,5 g de Na3PO4.12 H2O (M= 380); 1400 g de agua y 500 g de disolución de fosfato de sodio al 13 % en masa. R: 3,73 8.- El tetraborato de sodio hidratado (bórax), cuya fórmula química es Na 2B4O7. 10 H2O (M= 382) se utiliza en química como sustancia patrón para la valoración de ácidos fuertes. Si se desea preparar una disolución al 0,5% en masa de Na2B4O7 (M= 202). Hallar la cantidad en gramos de bórax que deberá disolver en 5000 g de agua, para preparar la disolución deseada. R: 47,62 9.- Cuántos gramos de NaNO 3 deberán agregarse a 100 g de disolución al 15% en NaNO 3 a fin de transformarla en una disolución al 20% en masa? R: 6,25 10.- Cuántos gramos de Ca(NO 3)2 deberán agregarse a 800 g de una disolución de nitrato de Calcio al 9% en masa, a fin de transformarla en otra al 20% en masa? R: 110 11.- Cuántos gramos de Zn(NO3)2. 6 H2O (M = 297) deberán ser agregados a 500 g de una disolución de Zn(NO 3)2 (M = 189) al 5% en masa, a fin de transformarla en una disolución al 18% en masa? R: 141 12.- Cuántos gramos de CaCl 2. 2H2O (M = 147) deberán mezclarse con 200 g de una disolución al 15% en CaCl2, a fin de transformarla en una disolución al 25% en masa de CaCl 2 ? (M = 111) R: 39,22 13.- Determine la cantidad en gramos de disolución de HCl al 16% en masa que podrá preparase mezclando 250 g de disolución de HCl al 24% en masa con la cantidad necesaria de otra disolución de HCl al 14% en masa? R: 1250 14.- El HCl es un ácido muy importante en la industria. Suponga que una industria química requiere una disolución de HCl al 10% en masa. En el almacén de la empresa se puede encontrar: a) 500 g de disolución de HCl al 15% en masa b) Suficiente cantidad de disolución de HCl al 7% en masa c) Suficiente cantidad de agua destilada a)¿Qué cantidad en gramos de la disolución al 7% tendría que mezclar con los 500 g de la disolución al 15% para obtener la disolución deseada? b)¿Qué cantidad en gramos de agua se tendría que mezclar con los 500 g de HCl al 15% para obtener lo deseado ? c)¿Con cuál de las dos alternativas señaladas se puede preparar mayor cantidad de la disolución deseada? R: 833g, 250g; 16.- Cuántos gramos de CuSO4. 5 H2O (M = 250) se requieren para preparar 150 mL de disolución de CuSO 4 (M= 160) 0,24 mol/L? R: 9 17.- Se mezclan 10 mL de HCl 0.1 mol /L ; 23,5 mL de HCl 0,25 mol /L y 8,6 mL de HCl 0,32 mol /L. ¿Cuál es la concentración en mol /L de la disolución resultante? R: 0,23 18.- Se mezclan: 100 g de disolución de MgCl 2 (M= 95) al 15% en masa, 500 mL de agua y 10 g de MgCl 2. 6 H2O (M = 203). Determine la concentración en mol /L resultante respecto al MgCl 2 sabiendo que la densidad de la mezcla es 1,15 g/mL. R: 0,39 19.- Se mezclan: 25 mL de disolución de ácido sulfúrico 2 mol /L ; 15 mL de ácido sulfúrico al 13% en masa y densidad 1,15 g/mL ; 50 mL de disolución de ácido sulfúrico 0,4 mol /L y 500 mL de agua. Determine la concentración en mol /L resultante. (M= 98) R: 0,16 14

20.- Una industria química requiere una disolución de HNO 3 (M= 63 g/mol) exactamente 2 mol/L. Calcular el volumen de una disolución de HNO 3 al 70% en masa y densidad 1,32 g/mL que deberá agregarse a 2,5L de una disolución 0,3 mol/L en HNO3 a fin de obtener la concentración deseada. R: 0,34 L 21.- Calcular el volumen de una disolución de HCl al 32,14% en masa y densidad 1,16 g/mL que hay que mezclar con 1Lde disolución de HCl 0.932 mol /L. para que resulte exactamente 1 mol /L. Suponga que no hay contracción de volumen al mezclar los dos ácidos. (M = 36,5) R: 7,38 mL 22. El sulfato cúprico CuSO4 (M = 160) se utiliza en depósitos de agua potable en concentraciones de aproximadamente 2 mg/L para la eliminación de algas, las cuales producen olores y sabores desagradables. ¿Qué cantidad de CuSO4. 5 H2O (M = 250) deberá agregarse a un tanque de dimensiones 3x3x3 metros, a fin de obtener la concentración deseada? R: 84,38 g 24.- Determine el % de pureza de una muestra impura de Ca(OH) 2 (M = 40) sabiendo que al pesar 0,5 g de dicha muestra y agregar agua hasta formar 50 mL de disolución, se obtiene una concentración en mol /L de 0,05 27.- Se tiene 250 mL de una disolución de ácido nítrico (M = 63 g/mol) de concentración desconocida. Al efectuar la reacción: HNO3 + CuS  CuSO4 +NO; ¿Cuántos gramos de soluto estaban contenidos en la disolución?. R: 0,63 28.- Se tienen 250 mL de una disolución de ácido nítrico (M = 63 g/mol) de concentración desconocida. Al efectuar la reacción: HNO3 + Zn ->>Zn+2 + NH4; se determina que la concentración en mol /L era 0,32. ¿Cuántos gramos de soluto estaban contenidos en la disolución? 29.- Se diluye a un volumen tres veces mayor una disolución de HCl (M = 36,5) al 27 % en masa y densidad 1,17 g/mL. a) Determine la concentración en eq - g /L de la disolución resultante (ácido diluido) b) ¿Que volumen del ácido diluido se necesita para preparar 2,5Lde HCl Normal? R: 2,88-0,87 30.- Calcular el volumen de agua que hay que añadir a 25Lde una disolución de H 2SO4 (M= 98) al 78% en masa y densidad 1,707 g/mL, para obtener un ácido al 48% y densidad 1,381 g/mL. R: 25,2 31.- ¿Cuál es la concentración en % en masa de una disolución de H2SO4 (M = 98) de densidad 1,80 g/mL, si 50 mL de ésta disolución se neutralizan con 84,6 mL de NaOH 2 mol/L.? R: 9,20 32.- ¿Cuál es la concentración en g/l y en % en masa de una disolución de ácido nítrico (M = 63 g/mol) de densidad 1,18 g/mL, si al diluirlo a un volumen cinco veces mayor, 10 mL del ácido diluido consume 11,4 mL de NaOH 1 mol/L/L? R: 30,43-359,10 3.- Hallar la cantidad de HCl (M = 36,5) concentrado al 36,2% en masa que se necesitan para neutralizar una disolución que contiene 125 g de sosa cáustica (NaOH M = 40 g/mol) R: 315,08 34.- Hallar el % de pureza de una muestra de NaOH (M = 40 g/mol) sabiendo que al disolver 25,06 g de dicha muestra y formar 1Lde disolución, 10 mL de ésta consumen 11,45 mL de ácido clorhídrico 0,5 mol/L. R: 90,98 35.- Se desea determinar el contenido de hierro (Fe ; M = 56) en un mineral de hierro. Se toman 2 g del mineral, se disuelven y se reduce adecuadamente para efectuar la siguiente reacción: Fe +2 + MnO4-1 ----- Fe+3 + Mn+2 ; en la reacción se consumen 50 mL de KMnO 4 0,1 mol /L ¿Cual es el % de Fe en el mineral? R: 70% 36.- Se pesan 3,31 g de una muestra impura de KMnO 4 y se disuelven en agua hasta formar un litro disolución. Al hacer reaccionar 0,1675 g de oxalato de sodio (Na 2C2O4 M = 134) con la disolución preparada de KMnO 4, se consumen 23,90 mL de la misma. Determine la concentración en mol /Lde la disolución preparada y el % de pureza de la muestra de KMnO4 (M = 158) R: 0,10- 95,41 MnO4-1 + C2O4-2 + H+1 ---- Mn+2 + CO2 37.- Se mezclan: 85 mL de H2SO4 (M = 98) 0,12 mol /L ; 100 mL de NaOH (M = 40) al 14% en masa y densidad 1,03 g/mL; 40 mL de disolución de H 2SO4 de concentración desconocida y 60 mL de NaOH 0,5 mol /L. Determine la concentración en mol /L desconocida del ácido, sabiendo que la reacción es completa. 38.- Se agregan 3,27 g de magnesio (Mg M = 24) a 250 mL de HCl 2,08 mol/L. Si se supone que el volumen de la disolución no cambia, determine la Concentración en mol /L respecto al ácido que queda en exceso, después de la reacción: Mg + HCl ----- H 2 + MgCl2 R: 1

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39.- Se mezclan 100 mL de K 2Cr2O7 (M = 294 g/mol) 0,5 mol/L, con 150 mL de K 2Cr2O7 0,3 mol /L y con 500 mL de HCl (M = 36,5 g/mol) 0,3 mol /L. Determine la concentración en mol /L de la disolución resultante con respecto al exceso, sabiendo que la reacción es: K2Cr2O7 + HCl ---- KCl + CrCl3 + Cl2 R: 0,23 K 2Cr2O7 40.- Una pieza de aluminio puro (M = 27 g/mol) que pesa 2,70 g se trata con 75 mL de H 2SO4 (M = 98) al 24,7% en masa y densidad 1,18 g/mL. Después que todo el aluminio ha reaccionado, la disolución resultante se diluye a 400 mL. Determine la concentración en mol /L de la disolución después de la dilución, respecto al ácido en exceso. Al + H2SO4 ----- Al2(SO4)3 + H2 R: 0,38 41.- Se mezclan 50 mL de NaOH (M = 40 g/mol) al 12% en masa y densidad 1,02 g/mL con 50 mL de NaOH 3 mol /L y con 100 mL de H2SO4 0,3 mol /L. De la disolución resultante se toman 15 mL y el exceso presente se titula con 10 mL de disolución de HCl de concentración desconocida. ¿Cuál es la Concentración en eq - g /L de la disolución de HCl utilizada en la titulación? R: 1,8 42.- Se mezclan: 30 g de disolución de H 2SO4 (M = 98) al 30% en masa; 100 mL de disolución de H 2SO4 al 15% en masa y densidad 1,15 g/mL ; 20 g de una muestra impura de NaOH. La disolución resultante tiene una concentración en mol /L de 1,15 en ácido, en un volumen total de 150 mL. Determine el % de pureza de la muestra de NaOH (M = 40 g/mol) R: 72

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PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES Son las propiedades de las disoluciones que dependen de la cantidad de soluto disuelto, es decir, de la concentración de la misma. La presencia del soluto determina una modificación de estas propiedades con relación a su estado normal en forma aislada, es decir, líquido puro. Las propiedades de las soluciones se clasifican en dos grandes grupos: (1) las propiedades constitutivas, las que dependen de la naturaleza de las partículas disueltas. Ejemplo: viscosidad, densidad, conductividad eléctrica, etc.; y (2) las propiedades coligativas o colectivas, que dependen del número de partículas (moléculas, átomos o iones) disueltas en una cantidad fija de solvente; las cuales son: descenso en la presión de vapor del solvente, aumento del punto de ebullición, disminución del punto de congelación y presión osmótica. DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR El científico Francès Francois-Marie Raoult, experimentalmente descubrió que la presión de vapor de un solvente es proporcional a su fracción molar en una disolución. Este enunciado se conoce como la Ley de Raoult. Y se expresa de la siguiente manera: P = Xste . Pste P = Presión de vapor del solvente en la disolución. Pste. Presiòn de vapor del solvente puro Xste = fracción molar del solvente Al agregar un soluto no volátil a solvente puro, se rompe el equilibrio líquido – vapor (la velocidad que el líquido emplea para evaporarse se hace igual a la velocidad con la que el vapor se condensa); ya que aumenta el número de partículas en el sistema el soluto provoca una disminución de la energía cinética molecular de las partículas del solvente. Cuando se restablece el equilibrio hay menos partículas del solvente participando del mismo; por ello la presión de vapor del solvente en la disolución es menor a la presión de vapor del solvente puro. P = Pste - P P = Descenso de la presión de vapor Pste = Presión de vapor del solvente puro P = Presiòn de vapor del solvente en la disolución. Esta figura representa la comparación del diagrama de fases del solvente puro con el diagrama de fases de la disolución. La curva roja representa el equilibrio de la fase líquida con la fase gaseosa del solvente puro y el equilibrio de la fase líquida con la fase sólida del solvente puro. La curva verde representa el equilibrio de la fase líquida con la fase gaseosa del solvente en la disolución y el equilibrio de la fase líquida con la fase sólida del solvente en la disolución.

EJERCICIO: Cuál será la presión de vapor de una disolución formada por 32 gramos de urea y 640 gramos de agua a 25°C?. Calcule la disminución de la presión de vapor del solvente en la disolución?. La presión de vapor de agua en estado puro es 23,776 mmHg. M urea = 60 g/mol M agua = 18 g/mol Datos del problema Ecuaciones: (a) P = Pste . X ste (b) X ste = n ste/ n Total (c) n Total = n ste m sto = 32 g urea + n sto m ste = 640 g (d) P = Pste - P T ste = 25°C RESOLUCIÓN P ste a 25 ºC = 23,776 mmHg 17

1. 2. 3. 4. 5. 6.

n sto = 32 g sto x 1 mol sto / 60 g sto = 0,53 mol sto n ste = 640 g ste x 1 mol ste / 18 g ste = 35,56 mol ste n Total = n ste + n sto = 0,53 mol sto + 35,56 mol ste = 36,09 mol X ste = 35,56 mol / 36,09 mol = 0,99 P = 23,776 mmHg x 0,99 = 23, 538 mmHg P = 23,776 mmHg - 23, 538 mmHg = 0,238 mmHg

1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 x 10 5 Pa ELEVACIÒN DEL PUNTO DE EBULLICIÒN El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la cual su presión de vapor iguala a la presión externa. La adición de un soluto no volátil disminuye la presión de vapor de la disolución. Como se observa en la figura anterior, la curva de presión de vapor de la disolución cambiará hacia abajo en relación a la curva de presión de vapor del solvente puro; a cualquier temperatura dada, la presión de vapor de la disolución es más 18

baja que la del solvente puro. Teniendo en cuenta que el punto de ebullición normal de un líquido es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a 1 atm, la presión de vapor de la disolución será menor de 1 atm. Por consiguiente se necesitará una temperatura más alta para alcanzar una presión de vapor de 1 atm. Así el punto de ebullición de una disolución es mayor que el del solvente puro. La elevación del punto de ebullición es directamente proporcional al número de partículas del soluto por mol de moléculas de solvente. Dado que la molalidad expresa el número de mol de soluto por 1000 g de solvente, lo cual representa un número fijo de mol del solvente; por ello, la elevación en el punto de ebullición es proporcional a la molalidad y a la constante molar ebulloscópica (K b). Kb = constante de elevación del punto de ebullición normal, o constante molar ebulloscópica; la cual depende sólo del solvente; y sus unidades es ªC x Kg/ mol . ECUACIONES Tb = Kb x m ∆Tb = T eb sol - T eb ste Tb = Ascenso ebulloscópico T eb sol = Temperatura de ebullición de la disolución Kb = constante molar ebulloscópica T eb ste = Temperatura de ebullición del solvente puro m = molalidad

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EJERCICIOS: Calcula el aumento de la temperatura ebullición de 800 mL de agua después de añadirle 36 gramos de glucosa; y la Teb de la disolución. (M glucosa180 g/mol) Datos del problema Incógnita: m ; ∆Tb y T eb sol V agua = 800 mL Ecuaciones: (a) ∆Tb = Kb . m (b) T eb sol = Teb agua +∆T (c) m = n sto / M sto (glucosa) = 36 g Kg ste Kb del agua = 0.52°CxKg/mol Datos que Ud. Debe saber ∆Tb = ascenso ebulloscópica (b) Kb = Constante Molar Ebulloscópica (c) 1. Que la masa molar permite m = molalidad convertir masa de sto en mol o RESOLUCIÒN DEL EJERCICO viceversa. 2. 1 mL de agua = 1 g de agua. 1. 800 mL de agua = 800 g de agua = 0,8 Kg agua 3. T normal de ebullición del 2. n sto = 36 g sto x 1 mol sto / 180 g sto = 0,2 mol sto agua (Teb) = 100º C 3. m = 0,2 mol sto / 0,8 Kg ste = 0,16 mol/Kg 4. ∆T = 0,16 mol/Kg x 0,52 ºC x Kg /mol = 0,08 ºC 5. T eb sol = 100º C + 0,08 ºC = 100,08 ºC DISMINUCIÒN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN El punto de congelación de una disolución es la temperatura a la cual comienzan a formarse los cristales de solvente puro en equilibrio con la disolución. Debido a que el punto triple de la temperatura de la disolución es más bajo que el punto triple del solvente puro, el punto de congelamiento de la disolución también será más bajo que el del solvente puro. Esta disminución en el punto de congelación es proporcional a la molalidad y a la constante molar crioscópica (Kc). Teniendo en cuenta que el punto de solidificación normal de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido y del sólido se igualan, el agregado de un soluto no volátil provoca una disminución en el empaquetamiento de las partículas, razón por la cual deben disminuir aún más la energía cinética, por una pérdida adicional de calor; por ello la disolución congelará a una temperatura menor que el solvente puro. El agua solidifica ó congela a 0°C a la presión de 1 atm. Al agregar a la misma cantidad de agua, unas cuantas cucharadas de azúcar para formar una disolución saturada; el punto de congelación o de solidificación desciende tal como se visualiza en la ilustración.

Tc = Kc x m TC= descenso crioscópico KC = constante molar crioscópico m = molalidad

ECUACIONES ∆Tc = T c ste - T c sol T C sol = Temperatura de ebullición de la disolución T C ste = Temperatura de ebullición del solvente puro

EJERCICIO: Calcular el punto de congelación de una disolución que se forma disolviendo 35 g de sacarosa (C12H22O11) en 0,50 L de agua . M sacarosa = 342 g/y el descenso crioscópico. mol M agua = 18 g/mol. Datos del problema Incógnita: m ; ∆Tc y T c sol V agua = 0,50 L Ecuaciones: (a) ∆Tc = Kc. m (b) Tc sol = Tc agua ‘ - ∆Tc (c) m = n sto / Kg ste M sto (sacarosa) = 35 g ∆Tc = descenso crioscópico (b) Kc = Constante Molar Crioscópica (c) m = Kc del agua = molalidad 1,.86°CxKg/mol 20

Datos que Ud. Debe saber RESOLUCIÒN DEL EJERCICO 1. Que la masa molar 1. 0,5 L de agua = 500 mL de agua = 0,5 Kg agua permite convertir masa de 2. n sto = 35 g sto x 1 mol sto / 342 g sto = 0,10 mol sto sto en mol o viceversa. 3. m = 0,10 mol sto / 0,5 Kg ste = 0,2 mol/Kg 2. 1 mL de agua = 1 g de 4. ∆Tc = 0,2 mol/Kg x 1,86 ºC x Kg /mol = 0,372 ºC agua. 5. Tc sol = 0º C - 0,372 ºC = - 0,372 ºC 3. 1L = 1000 mL 4. T normal de congelación del agua (Tc) = 0º C

PRESIÓN OSMÓTICA Ciertos materiales, incluyendo muchas membranas de los sistemas biológicos y sustancias sintéticas como el celofán son semipermeables. Cuando se ponen en contacto con una solución, ellas permiten el paso selectivo de algunas moléculas, generalmente de las del solvente cuando están en presencia de una disolución. Si esa membrana se coloca entre dos disoluciones de diferente concentración, las moléculas de solvente se moverán en ambas direcciones a través de la membrana: sin embargo, la concentración del solvente es mayor en la disolución que contiene menos soluto que en la más concentrada. Por consiguiente la tasa de paso del solvente desde la disolución menos concentrada hacia la más concentrada es mayor que en l sentido opuesto. Así hay un movimiento neto de las moléculas de solvente desde la solución menos concentrada hacia la más concentrada, este proceso se llama osmosis. La presión necesaria para evitar la ósmosis se conoce como presión osmótica de la disolución y se representa con el símbolo de Pi ( Ecuación para calcular presión osmótica xV=nxRxT

V = volumen de la solución n = número de mol de soluto R = la constante ideal de los gases = 0.08206 L x atm / mol x K T = temperatura en la escala Kelvin.

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FIGURA Nro. 1

FIGURA Nro. 2

En la figura Nro. 1, se observan dos disoluciones de diferentes concentraciones separadas por una membrana semipermeable. Al inicio se tienen igual volumen de ambas disoluciones, cuando se inicia la ósmosis se genera un flujo neto de solvente desde la disolución de menor concentración hacia la de mayor concentración, hasta que ambos valores se igualan. Si se quiere detener ese fenómeno físico, se debe aplicar una fuerza denominada presión osmótica; tal como se ilustra en la figura nro. 2.

EJERCICIO: Calcular la concentración en mol/L de una disolución que contienen 200 g de glucosa y genera una presión osmótica de 19,272 atm a 23 °C. . M glucosa = 180 g/mol R = 0,082 L x atm/ K x mol DATOS DADOS EN EL Ecuación:  x V = n x R x T PROBLEMA n  m sto = 200 Despejando concentración en mol/L: ------- = ---------------T = 23 °C V RxT 9,272 atm T = 23 °C + 273 = 296 K M glucosa = 180 g/mol R = 0,082 L x atm/ K x mol C mol/L =? 19,272 atm DATOS QUE Ud. DEBE Sustituyendo : C mol/L = ---------------------------------------------- = 0,79 SABAR mol/L 1. Que la masa molar permite (0,082 L x atm/ K x mol ) x 296 K convertir masa de sto en mol o viceversa. atm atm 2. Que °C + 273 = K ------------3. C mol/L = n sto / Vsol (L) 1 1 atm x mol Recuerde: ------------------------- = ------------------ = ----------------- = mol / L L x atm L x atm L x atm ---------------- x K ---------K x mol mol

IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite: A) Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada. B) Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes. C) Determinar masas molares de solutos desconocidos. 22

D) Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo. E) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos.

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EJERCICIOS PROPUESTOS

1) Calcula el aumento del punto de ebullición y el descenso del punto de congelación de una disolución que está formada al disolver en 640 g. de agua, 45g de Urea. M urea = 60 g/mol 2) Qué cantidad en mol de soluto se habrá agregado a 2 litros de agua pura si experimentó después una disminución en el punto de congelación de 3,2°C?. 3) A cuánto ascenderá el punto de ebullición de una disolución que se formó al disolver en 400 g de agua, 48 g. de urea. 4) A que temperatura congelará el agua de un radiador de automóvil si se le agregan 1 litro de dietilenglicol a 2 litros de agua?. (Etilenglicol) Densidad = 1,118 g./ml y M = 106 g/mol