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Universidad San Martín de PorresQuímica Biológica.

TEMA: EL ESTADO LÍQUIDOSOLUCIONES Y SUS PROPIEDADES

COLIGATIVASDefiniciones

Presión parcial de las soluciones. Ley de Raoult. Propiedades Coligativas

Mg . Carlos Marco Santa Cruz Carpio

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SUSPENSIÓN

Difusión

Agitación

Sedimentaciónreposo

Partículas sólidas (2 ·10-7 m.)en un líquido de menor densidad.

Las partículas se mueven desde las zonas de mas concentración a las de menor concentración

La difusión es vital en procesos biológicos

La sedimentación depende

del campo gravitatorio

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Ley de Stokes para partículas que sedimentan

V= 2. r2.( 2-1).g 9

V : Velocidad de la partícula que sedimenta (cm/seg)r : Radio de la partícula (cm.)2 : Densidad de la partícula (g/cm3)1 : Densidad del líquido (g/cm3)g : Gravedad (cm/seg2) : Viscosidad. Poise (g/cm.seg)2 y 9 son constantes numéricas

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Ejemplo: Cuál será el tamaño de la partícula de carbón activado que tiene una velocidad de 0.0087cm/seg.La densidad del carbón es de 2,6 g/cm3, y la del medio dispersante es el agua, cuya densidad es de 1g/cm3.

La viscosidad del agua es 0.01 Poises ( 0,01g/cm.seg).g: 980cm/seg2

Despejando r y eliminando las unidades se tiene

r= 9. V 2 g ( 2-1)

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r = 9x0,0087x0.01 cm2

2x980x(2,6-1,0)

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r = 5,0x10-4 cm.

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PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES

Las propiedades coligativas de una solución corresponden a aquellas que dependen tan solo de la concentración del soluto y no de su naturaleza química. Estas son:

•Disminución de la presión de vapor del solvente•Disminución del punto de congelación •Aumento del punto de ebullición •Presión Osmótica de la solución

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Solvente puro: H2O

NaCl con H2O

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Descenso de la Presión de Vapor

TºC

P

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Solvente

Solución

•En el caso del agua como de cualquier otro solvente puro la presión de vapor disminuye, cuando forma una solución•Existe menor superficie de agua.•La presión de vapor es proporcional al área libre de Líquido

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LEY DE RAOULT

Se aplican a las soluciones ideales, e influyen en su presión de vapor disminuyéndola proporcionalmente a su fracción molar.Ejemplo:

Dos líquidos miscibles entre si, se mezclan: 2moles del Líquido A con 3 moles del líquido B. A tiene 20 y B 200 mm de Hg de presión de vapor al estado puro respectivamente y a una temperatura de 20ºC.¿Cuál será la presión de vapor de cada una de las sustancias en la mezcla, y además la composición porcentual de la fase gaseosa del líquido A y del líquido B en un ambiente saturado.

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Líquido A Líquido B

Líquido A+B

PºA : Presión de A, puro

Mezcla ideal

Presión de A en la mezcla

Fracción molar de A

PA = XA. PºA

Presión de B en la mezcla

Fracción molar de B

PB = XB. PºB

PºB : Presión de B, puro

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Ptotal = PA + PB

FASE GASEOSA

Ahora desarrollando nuestro problema tenemos:1. En la fase Líquida: Fracciones molares

XA = 2 = 0,4 2+3

XB = 3 = 0,6 2+3

2. Presiones parciales

PA = 0,4x20 mm HgPA = 8 mm Hg

PB =0,6x200 mm HgPB = 120 mm Hg

Ptotal = (8+120) mm Hg Ptotal = 128 mm Hg

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Además de ello se puede averiguar la proporción de moles de cada sustancia en la fase gaseosa, a partir de la presión total, puesto que:

P B = n B

Ptotal n t

%PA = % nA%PB = % nB

% n A = 8 x 100 128

P A = n A

Ptotal n t

n A = 6,25%

%n B = 120 x 100 128

n B = 93,75%

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Aumento del Punto de Ebullición

TºC

Solvente

Solución

•El punto de ebullición de un líquido aumenta si se añade un soluto.•Por cada mol de partículas disueltas en un litro de agua el punto de ebullición aumenta 0,52ºC •KeH2O = cte ebulloscópica del agua =

0,52ºC/Mol.L

PmmHg760 mmHg Ebullición H2O Pura

100 +100

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LA FÓRMULA QUE RELACIONA ESTOS FENÓMENOS CON LAS SOLUCIONES ES LA SIGUIENTE:

Te = Ke.mTe = Variación de la temperatura de ebullición normal del agua •Ke = Constante ebulloscópica•m = molalidad

Ejemplo ¿Cuál será el temperatura de ebullición de un sistema formado por 20 gramos de sal (NaCl) y 950 gramos de agua. KeH2O = 0,52ºC/Mol/L

¿Cómo puedo calcular la molalidad?

m = Gramos . Masa Molecular x KgSolvente

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Punto de Ebullición

100ºC

Punto de Ebullición100,52ºC

Una mol de partículas en un litro de

agua.

Por lo tanto la constante ebulloscópica del agua es

Ke = 0,52 ºC/Mol/L

¡ACLARACIÓN!

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m = Gramos . Masa Molecular x KgSolvente

m = 20g . (58,5 g/mol) x (0,950Kg)

m = 0,3598mol/Kg

Te = 0,52ºC/mol/Lx 0,3598mol/Kg

Te = 0,52ºC.Lx 0,3598mol/Kg

Aquí podemos asumir que 1litro es igual 1Kg pues la solución no es tan concentrada. Tomar en cuenta que el

NaCl se disocia en 2 partículas

Te = 2x 0,1871ºC = 0,3742 Tf = 100,3742 ºC

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Disminución del punto de congelación

Recordando la ley de Raoult “El descenso del punto de congelación es directamente proporcional a la

concentración de la solución”Y responde a la siguiente fórmula:

Tc = Kc.m

Tc : Disminución del punto de congelaciónKc : Constante Crioscópica m : molalidad

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Por cada mol de partículas disueltas en un litro de de agua, el punto de

congelamiento disminuye en 1,86 ºC. Se le denomina Constante Crioscópica Kc

Kc = 1,86 ºC / Mol /L

Punto de Congelaci

ón 0ºC

Punto de Congelaci

ón -1,86ºC

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PmmHg

Temperatura °C

Solvente

Solución

Solvente

sólid

o

Punto de Congelación

-1,86ºC

Punto de Congelació

n0ºC

Gráficamente

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Ejercicio: Una cantidad de 2 gramos de compuesto orgánico de Masa molecular igual a 160 g/mol; se disuelve en 250 gramos de agua. ¿Cuál será su

punto de congelación?

Tc = Kc.mAplicando

m = 2g . (160g/mol) x (0,250Kg)

m = 0,05mol/Kg

Tc = 1,86°C/Mol/L x 0,05Mol/Kg

Tc = 0,093°C Tfinal = - 0,093°C

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Ósmosis y presión osmótica

Cuando dos líquidos miscibles se ponen en contacto, el movimiento

asociado a la agitación térmica de sus moléculas termina mezclando ambos

y dando lugar a un sistema homogéneo. Este fenómeno físico se conoce con el nombre de difusión.

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En un sistema separado por una película de celofán estando una de ellas conectada como en la figura, se establece una especie de equilibrio dinámico entre las moléculas que salen y entran a través del celofán, Sin que pase el soluto. El líquido pasa a través de la zona menos concentrada a la más concentrada con la finalidad de diluirla e igualar las concentraciones

Membrana Semipermeable

h

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No tiene soluto

Tiene soluto.Solución

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Hay, por tanto, una presión de fluido que se ejerce del

solvente hacia la solución y que recibe el nombre de

presión osmótica. La presión osmótica, p, () de una solución depende de su

concentración y se atiene a una ley semejante a la de los

gases perfectos.  

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Dicha ley fue establecida por Van't Hoff en 1897 y se expresa en la forma:

 p V = n R T

siendo o p la presión Osmótica , M la concentración molar, R la constante de los gases y

T la temperatura absoluta de la disolución.Nota: En la práctica se puede usar molaridad en lugar de molalidad, cuando las soluciones son

diluidas, no olvidar el número de partículas “d”

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Ejemplo.- Para determinar la presión osmótica de una disolución 0,2 molar de cloruro de sodio (0,2M a 25º C ),

bastará con aplicar la formula, obteniendo 

= dCRT

= 2x 0,2mol x 0,082 Lt.Atm x (273 + 25)°K

Lt mol. °K

= 9,774 atm  

la concentración ha sidosustituida por la molaridad. Las unidades de presión

osmótica son las mismas que la presión considera en los términos habituales, de acuerdo al valor que adquiere R

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Una disolución se dice que es isotónica respecto a otra cuando

sus presiones osmóticas son iguales, una disolución es hipertónica

respecto a otra disolución cuando su presión osmótica es mayor y una

disolución es hipotónica cuando su presión osmótica es menor.

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Hipertónica

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HipotónIca

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Las leyes de las propiedades coligativas siguen, en este caso, siendo validas la molalidad se multiplica por un factor

corrector: el coeficiente de Van t´Hoff, iEste coeficiente informa del numero de

partículas en que se ha disociado la molécula de soluto. Si la disociación es completa, el

electrolito se considera fuerte y el

coeficiente i es prácticamente igual a :

n° de iones / molécula

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Ejercicio.-Que cantidad de NaCl habrá que mezclar con 1Kg de agua para que resulte un suero isotonico,(NaCl 0,9%). inyectable en vena (el suero sanguíneo es 0,3 molal, deducido del caso anterior)

 Según el ejercicio im = 0,3 osmoles

como el NaCl se disocia por completo en dos partículas i= = 2.

Por lo tanto: 

  m = 0,3 / 2 = 0,15

molal

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Un mol de NaCl pesa (23 + 35,5) 58,5 g/mol. Habrá que mezclar con 1 Kg. de agua 0,15 moles, es decir 58,5 g/mol. X 0,15 mol = 8,78 g deNaCl. Como la solución es diluida se puede asumir 1 Litro igual a 1Kg

Aquí se puede averiguar cuál será la disminución del punto de congelación de una solución

isotónica

Tc = 2 x 1,86 x 0,15

Tc = 0,558 °C

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En los sistemas biológicos se debe tomar en cuenta que el cloruro de

sodio tiene un coeficiente osmótico de 0,93* por tanto la disminución efectiva del punto de congelación

será 0,93 x 0,558

0,5189 0,52

*Kinsey M.Smith:Líquidos y electrolitos. Ed. El manual Moderno México.2002

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A nivel de arteriolas y vénulas existen equilibrios entre las presiones por filtración, los líquidos se filtran a través de la pared por presiones hidrostáticas. Las proteínas como la albúmina permanecen dentro y ejercen lo

que se denomina Presión oncótica, que atrae el líquido de nuevo hacia el plasma

Arteriola vénula

PRESIÓN ONCÓTICA

Presión Hidrostática

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Gracias por su atención

santacruzcm@yahoo.es