DispersionesUNI - FIQTProfesor: Jaime Flores 2014-2

DISPERSIONES(Mezclas)Son sistemas en donde hay una o varias sustancias denominada fase dispersa (discontinua) distribuidas en otra llamada fase dispersante (continua), generalmente la fase dispersante esta en mayor proporcin.A la fase dispersante tambin se le conoce como medio dispersante.Ejem: Leche de magnesia, gelatina , vinagre, humo, acero, etc.

DispersionesSOLUCIONESCOLOIDESSUSPENSIONESVinagreHumoAgua turbia

Tipo de mezclaHomogneaMicro heterogneaHeterogneaTamao de partcula de fase dispersaMenor a 1 nmEntre 1 y 1000 nmMayor a 1000 nmMovimiento de partculas de fase dispersaMovimiento molecularMovimiento brownianoMovimiento por accin de la gravedadPaso de la luzNo dispersaSi dispersa(Efecto Tyndall)Son opacasFiltracin de partculas de la fase dispersaAtraviesan membranas y papel de filtroAtraviesan papel de filtro pero no membranasNo atraviesan membranas ni papel de filtroSedimentacinNONOSI

SuspensionesBarros(arcilla en agua)SEDIMENTACINTamao de las partculas dispersas > 1000 nm Se puede separar por filtracin simple Mezclas heterogneas

Coloides

Es una clase dispersin en donde el tamao (longitud, ancho o espesor) de las partculas dispersas esta en el intervalo aproximado de 1 a 1000 nmMezclas microheterogeneasPasan el papel de filtro pero no las membranasPresentan efecto tyndallNo sedimentan

Accin limpiadora del jabnGrasaEstearato de sodio

Movimiento BrownianoEs el movimiento desordenado, siguiendo trayectoria en zig-zag de las partculas coloidales.La estabilidad de una dispersin coloidal se atribuye en parte al movimiento Browniano que tiende a mantener una distribucin uniforme de las partculas.

Efecto TyndalEs la dispersin (scattering) de la luz por las partculas coloidales, fue estudiado por primera vez por John Tyndall en 1869. El efecto tyndall permite diferenciar un coloide de una disolucin ColoideSolucin

Diferencia entre coloide y solucinCuando la luz pasa a travs de una disolucin, un observador que mira en direccin perpendicular al haz de luz, no ve luz. En un coloide la luz es dispersada en muchas direcciones y se observa fcilmente

Fase aparente del coloideFase o medio dispersanteFase dispersaTipo de coloideEjemploGasGasGasson soluciones LquidoAerosol lquidoNieblaSlidoAerosol slidoHumoLquidoLquidoGasEspumaCrema batidaLquidoEmulsinmayonesaSlidoSolpastaPinturaPasta dientesSlidoSlidoGasEspuma slidaCuerpo porosoMalvaviscoPiedra pmezLquidoEmulsin slidaGelMantequillaGelatinaHelado, quesoSlidoSol slidoGemas: rub, esmeralda, zafiro

Clasificacin de los coloides segn la afinidad elctricaSegn la afinidad de las partculas coloidales por la fase dispersante se denominan liofilos si tienen afinidad o liofobos si no tienen afinidad, cuando el medio dispersante es el agua se le llama hidroflico (atraccin por el agua) o hidrofbico (repulsin por el agua).

ColoideInteraccinEjemploHidroflico (estable)Atraccin por el aguaProtenas en agua (cuerpo humano)Hidrofbico (inestable)Repulsin por el aguaGotas de aceite en agua. Partculas de tierra en ros.

Mtodos de eliminacin de las partculas coloidales

Adicin de un electrolito (sales), produce coagulacin debido a que neutraliza las cargas superficiales de las partculas coloidales y elimina la repulsin entre ellas que evita la aglomeracin.

Calentamiento, incrementa el nmero de choques que origina la coagulacin, porque despus de los choque las partculas se quedan pegados, las partculas coaguladas se separan por filtracin o dejndolos sedimentar.

Membranas semipermeables, para separaciones de las partculas coloidales. Los iones pasan las membranas pero no las partculas coloidales (dilisis), purificacin de la sangre en los riones artificiales.

FiolaDISOLUCIONES O SOLUCIONES

Tres tipos de interacciones en el proceso de disolucin:Interaccin disolvente-disolventeInteraccin soluto-solutoInteraccin disolvente-solutoDHsoln = DH1 + DH2 + DH3

Es un balance entre atraccionesAtracciones solvente-solventeAtracciones soluto-solutoAtracciones solvente-solutoHabr disolucin slo si 3 es mayor que 1 y 2Solubilidad

A) Interacciones soluto-solvente Los semejante disuelve lo semejante

Disolucin de NaCl(s) en H2O(l)FACTORES QUE AFENTAN A LA SOLUBILIDAD

Factores que afectan la solubilidadInteracciones soluto-solvente

B) Efecto de la temperatura en la solubilidadSolubilidad de gases en lquidosLa solubilidad de los gases disminuye al aumentar la Tgas + lquido solucin + calor

Solubilidad de gases en lquidos

C) Efecto de la presin en la solubilidad A una temperatura determinada, el aumento de presin implica un incremento en la solubilidad del gas en el lquido.

Presin y solubilidad de los gasesLa solubilidad de un gas en un lquido es proporcional a la presin del gas sobre la disolucin (ley de Henry).c = k Pc es la concentracin molar del gas disueltoP es la presin del gas sobre la disolucin

k es una constante (mol/Latm) que slo dependede la temperatura

La agitacin disminuye el tiempo necesario para preparar una solucin, pero no modifica la solubilidad del soluto a una determinada temperatura. De manera anloga, sucede lo mismo con el grado de divisin de un soluto slido.

un lquido en equilibrio con su vapor en un recipiente cerrado; si se lo calienta, aumenta la p; al alcanzar la Tc (temperatura crtica) las dos fases se transforman en una fase homognea. Para agua Tc = 374 C y Pc = 218 atm

Diagrama de fases del aguaEl hielo es menos denso que el agua (pendiente P/T < 0)

El punto de equilibrio de fases a 121 C y 2 atm es la condicin de trabajo de las autoclaves.

PROPIEDADES COLIGATIVASSon aquellas propiedades que dependen de la naturaleza del solvente y del nmero de partculas disueltas pero no guardan relacin ni con el tamao de las partculas ni con la naturaleza qumica del soluto.Las Propiedades Coligativas son propiedades universales de las soluciones y son: Descenso de la presin de vapor Ascenso ebulloscpico Descenso crioscpico Presin osmtica

Soluciones ideales La ley fundamental es la ley de Raoult Las propiedades son aditivas Son aquellas que al formarse no absorben ni emiten calor No existe ninguna fuerza de atraccin entre las molculas de los componentes

Descenso de la Presin de VaporEs la diferencia entre la presin de vapor del solvente puro y de la solucin. Ley de Raoult

Soluciones de 2 componentes voltilesComposicin del vapor

Grfica de la ley de Raoult

Soluciones no ideales Son aquellas que al formarse experimentan cambios de energa No obedecen la ley de Raoult Desviacin negativaLas presiones de vapor son menores que las calculadas con la ley de RaoultHay desprendimiento de calorHay interaccin intermolecular AB predominanteLa energa de cada componente presente en la solucin ser menor que la suma de sus componentes purosEjemplo: Cloroformo-acetonab. Desviacin positiva Las presiones de vapor de cada componente son mayores que las calculadas con la ley de Raoult Hay absorcin de calor La atraccin molecular AA y BB es predominante La energa de cada componente presente en la solucin es mayor que la suma de sus componentes puros Ejemplo: Tolueno - benceno

Solucin idealSolucin no idealDesviacin positivaDesviacin negativa

PT es mayor que la presinque predice la ley de RaoultPT es menor que la presinque predice la ley de RaoultPresinPresin

Aparato de destilacin fraccionada

Ascenso ebulloscpico Recordemos que la Ley de Raoult establece que la disminucin de la presin de vapor de una solucin es siempre proporcional a la concentracin de soluto. Es importante tener presente que esto se debe aplicar a todas las temperaturas. Por lo tanto podemos esperar que la presin de vapor de una solucin dada, sea proporcionalmente menor que la del solvente puro, para todas las temperaturas. Por lo que cualquier disminucin en la presin de vapor-al agregar un soluto no voltil, producir un aumento en la temperatura de ebullicin.Se considera ascenso ebulloscpico a la diferencia entre la temperatura de ebullicin de la solucin y la del solvente puro.

Podemos escribir la ecuacin del ascenso ebulloscpico molal, como: T e = k e m

ke o Kb es la constante ebulloscpica y es caracterstica de cada solvente, no depende de la naturaleza del soluto.m es la concentracin molal del soluto.Si queremos calcular la Temperatura de ebullicin de una solucin a la presin atmosfrica : T e = T + T eTe = temperatura ebullicin de la solucinT = temperatura de ebullicin del solvente puro T e = ascenso ebulloscpico

Disminucin del punto de congelacinEl punto de congelacin de un lquido puro disminuye cuando se agrega un soluto y la temperatura de congelacin de la solucin de la solucin depende en este caso de la cantidad del soluto.Tc = Kc m

Presin osmtica (p)La smosis es el paso selectivo de molculas disolventes a travs de una membrana porosa de una disolucin diluida a una ms concentrada. Una membrana del semipermeable permite el paso de molculas del disolvente pero impide el paso de molculas del soluto. Presin osmtica (p) es la presin requerida para detener la smosisdiluidoconcentradoPresin osmticaMembranasemipermeable

AltoPBajoPp = MRTM es la molaridad de la disolucinR es la constante de gasT es la temperatura (en K)Transferencia neta del disolvente

Una clula en:disolucin isotnica

disolucinhipotnica

disolucinhipertnica

Molculas de aguaMolculas de soluto

Propiedades coligativas de disoluciones de electrlitos

0,1 m NaCl disolucin0,1 m Na+ + 0,1 m Cl- Propiedades coligativas son propiedades que dependen slo del nmero de partculas del soluto en la disolucin y no de la naturaleza qumica de las partculas del soluto.0,1 m NaCl disolucin 0,2 m iones en disolucin No electrlitosNaClCaCl2i debe ser123

PropiedadcoligativaSolucin de noelectrolitoSolucin deelectrolitoDescenso de lapresin de vaporDP = (nB/nA+ nB)x PDP = (nB i /nA + nB i)x PDescensocrioscpicoDT = Kf x mDT = Kf x m iAscensoebulloscpicoDT = Ke x mDT = Ke x m iPresin osmticap = M R Tp = M i R T

Factor i de Vant Hoff para distintos solutos en solucin acuosa

Soluto

Concentracin de las soluciones

0,001 m

0,01 m

NaCl

1,97

1,94

MgSO4

1,82

1,53

K2SO4

2,84

2,69

AlCl3

3,82

3,36

Actividad acuosaLa actividad de agua (aw) indica la disponibilidad de agua en un determinado medio para las reacciones qumicas, bioqumicas o para intercambiar a travs de membranas semipermeables. El valor oscila entre 0 y 1. Tambin se conoce a este coeficiente como agua libre, no ligada y aprovechable por los microorganismos y es un estado en el cual se encuentran libres las molculas de agua, tal como la requieren los microorganismos para su mejor multiplicacin.

Es decir cuando disminuye el aw, se disminuye o paraliza el crecimiento de microorganismos a causa de la inhibicin de la actividad enzimtica.Se puede definir el aw como la relacin entre la presin de vapor del sustrato alimenticio (o solucin) y la presin de vapor del agua pura.

APLICACIONES DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS Los fenmenos de desecacin y liofilizacin en el laboratorio se ven favorecidos por la disminucin de la presin de vapor. Si queremos desecar una solucin, la colocamos en un ambiente cerrado al lado de otra solucin que tenga una presin de vapor muy baja (agente desecante). Como hay una tendencia a que ambas soluciones se equilibren, la solucin evapora agua que se condensa sobre el agente desecante o es absorbida por este ltimo. Si quisiramos que este proceso sea ms rpido se puede aplicar vaco.

Es por ello que algunos autores la consideran la 5ta Propiedad Coligativa

Otros ej:Durante el invierno se esparce sal sobre las carreteras en las latitudes septentrionales, para evitar la formacin de hielo.

Los qumicos orgnicos pueden juzgar la pureza de un compuesto controlando su punto de fusin, que ser menor que el normal, si contiene impurezas. Esto se usa en el laboratorio por ejemplo para evaluar la pureza del cido actico.

El punto de congelacin de la leche vara entre (-0,53) y (-0,55C) y es muy constante. Por lo que se recurre a la determinacin del punto de congelacin para comprobar si la leche ha sido aguada. Una evidencia del agregado de agua a la leche queda demostrado cuando se determina que el punto de congelacin de la leche est por encima de estevalor. (descenso crioscpico)

A veces es necesario disminuir la temperatura de congelacin del agua, para lo cual se agregan solutos de baja masa molecular. Si recordamos lo visto anteriormente, ms baja ser la temperatura de congelacin cuanto mayor sea la concentracin del soluto (descenso crioscpico).

Este es el fundamento de la preparacin de mezclas anticongelantes que pueden ser usadas en los radiadores de los autos o el uso de hielo y sal en las congeladoras de helados.

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