UNI-FIQT

Química I

Profesor: Jaime Flores Ramos

AACB

DISPERSIONES

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 proporción.A la fase dispersante también se le conoce como medio dispersante.Ejem: humo, acero, agua de mar, suero, gema, agua con arcilla.

SuspensionesSuspensiones

Barros

(arcilla en agua) SEDIMENTACIÓN

Tamaño de las partículas dispersas > 1000 nm Se puede separar por filtración simple Mezclas heterogéneas

Coloides Coloides

Emulsión de aceite en agua

Es una clase dispersión en donde el tamaño (longitud, anchura o espesor) de las partículas dispersas esta en el intervalo aproximado de 1 a 1000 nm

Mezclas microheterogeneas

Pasan el papel de filtro pero no las membranasPresentan efecto tyndallNo sedimentan

Movimiento BrownianoMovimiento Browniano

Es el movimiento desordenado, siguiendo trayectoria en zig-zag de las partículas coloidales.La estabilidad de una dispersión coloidal se atribuye en parte al movimiento Browniano que tiende a mantener una distribución uniforme de las partículas.

Efecto TyndalEfecto TyndalEs la dispersión (scattering) de la luz por las partículas coloidales, fue estudiado por primera vez por John Tyndall en 1869.El efecto tyndall permite diferenciar un coloide de una disolución

Coloide Solución

Diferencia entre coloide y soluciónDiferencia entre coloide y solución

Luz

Luz dispensada

Disolución Colo ide

Cuando la luz pasa a través de una disolución, un observador que mira en dirección perpendicular al haz de luz, no ve luz. En un coloide la luz es dispersada en muchas direcciones y se observa fácilmente

Clasificación de los coloidesa) según la afinidad eléctrica

Coloide Interacción Ejemplo

Hidrofílico

(estable)Atracción por el agua

Proteínas en agua (cuerpo

humano)

Hidrofóbico

(inestable)Repulsión por el agua

Gotas de aceite en agua

Partículas de tierra en ríos.

Según la afinidad de las partículas 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 hidrofílico (atracción por el agua) o hidrofóbico (repulsión por el agua).

b) Según el estado físicob) Según el estado físico

Fase Fase aparente del aparente del

coloidecoloide

Fase Fase dispersantedispersante Fase Fase

dispersadadispersadaTipo de Tipo de coloidecoloide EjemploEjemplo

GasGas GasGasGasGas son soluciones son soluciones

LíquidoLíquido Aerosol líquidoAerosol líquido NieblaNiebla

SólidoSólido Aerosol sólidoAerosol sólido HumoHumo

LíquidoLíquido LíquidoLíquido

GasGas EspumaEspuma Crema batidaCrema batida

LíquidoLíquido EmulsiónEmulsión mayonesamayonesa

SólidoSólidoSolSol

pastapasta

PinturaPintura

Pasta dientesPasta dientes

SólidoSólido SólidoSólido

GasGasEspuma sólidaEspuma sólida

Cuerpo porosoCuerpo poroso

MalvaviscoMalvavisco

Piedra pómezPiedra pómez

LíquidoLíquidoEmulsiónEmulsión

sólidasólida

GelGel

MantequillaMantequilla

GelatinaGelatina

heladohelado

SólidoSólidoSol sólidoSol sólido

aleaciónaleaciónRubí, aleación Rubí, aleación

Zn-CdZn-Cd

Métodos de eliminación de las partículas Métodos de eliminación de las partículas coloidalescoloidales

Adición de un electrolito (sales), produce coagulación debido a que neutraliza las cargas superficiales de las partículas coloidales y elimina la repulsión entre ellas que evita la aglomeración.

CalentamientoCalentamiento,, incrementa el número de choques que origina la coagulación, porque después de los choque las partículas se quedan pegados, las partículas coaguladas se separan por filtración o dejándolos sedimentar.

Membranas semipermeables, para separaciones de las partículas coloidales. Los iones pasan las membranas pero no las partículas coloidales (diálisis), purificación de la sangre en los riñones artificiales.

Electrofóresis, es la separación de las partículas coloidales cuando es sometido a una diferencia de potencial, aprovechando que tienen diferente relación carga/masa.

Electroforesis

La electroforesis se define como el método de separación de sustancias cargadas al aplicar un campo eléctrico, de modo que se diferencian en el diferente comportamiento en un campo eléctrico. Aquellas partículas cargadas positivamente (catiónes) migrarán hacia el cátodo y las cargadas negativamente (aniónes) hacia el ánodo.

En biología, no se utiliza esta técnica con iones, sino con macromoléculas o incluso con células enteras. Entre las macromoléculas, las más utilizadas son las proteínas seguidas de los ácidos nucleicos, ya que ambos tipos presentan una carga importante, algo que no presentan los lípidos, sin contar con que son insolubles.

Acción limpiadora del jabón

Grasa

Estearato de sodio

DISOLUCIONES O SOLUCIONES

Tipos de solucionesTipos de solucionesPor su estado físicoPor su estado físico

Estado de la Estado de la soluciónsolución

Estado del Estado del solventesolvente

Estado del Estado del solutosoluto EjemploEjemplo

GasGas GasGas

GasGas AireAire ( (NN22, O, O22, y otros, y otros))

LíquidoLíquido Coloides Coloides

SólidoSólido Coloides Coloides

LíquidoLíquido LíquidoLíquido

GasGasGaseosaGaseosa ( (HH22O, COO, CO22, ,

sacarosa, y otrossacarosa, y otros))

LíquidoLíquidoVinagreVinagre ( (HH22O y ácido O y ácido

acéticoacético))

SólidoSólidoAgua de marAgua de mar ( (HH22O, NaCl, O, NaCl,

y muchos otrosy muchos otros))

SólidoSólido SólidoSólido

GasGas Hidrógeno en platinoHidrógeno en platino

LíquidoLíquidoAmalgama para dientesAmalgama para dientes

((Ag-Sn-HgAg-Sn-Hg))

SólidoSólido Latón amarilloLatón amarillo ( (Cu-ZnCu-Zn))

Curvas de solubilidadde algunas

sales

gramos de soluto

100 g solvente

t ºCS =

Curvas de solubilidad del KClO3

30 ºC

Sg de KClO3

100 g de H2Osobresaturada

saturada

concentrada

diluida

48

4440

10

Una solución Una solución supersaturadasupersaturada

Se prepara cuidadosamente Se prepara cuidadosamente una solución sobresaturada de una solución sobresaturada de acetato de sodio (vaso de acetato de sodio (vaso de superficie muy suave, superficie muy suave, enfriamiento muy, muy lento, enfriamiento muy, muy lento, ausencia de polvo u otras ausencia de polvo u otras partículas, mínimo manejo del partículas, mínimo manejo del vaso). El asistente se coloca un vaso). El asistente se coloca un cristal del acetato en la palma y cristal del acetato en la palma y luego se vierte sobre ella la luego se vierte sobre ella la solución. El pequeño cristal solución. El pequeño cristal sirve como germen de sirve como germen de crecimiento alrededor del cual el crecimiento alrededor del cual el resto de iones formará la resto de iones formará la estalactita. El agua que formaba estalactita. El agua que formaba la solución no aparece por que la solución no aparece por que finalmente formará parte del finalmente formará parte del cristal (se forma una sal cristal (se forma una sal hidratada).hidratada).

Tres tipos de interacciones en el proceso de disolución:• Interacción disolvente-disolvente• Interacción soluto-soluto• Interacción disolvente-soluto

Hsoln = H1 + H2 + H3

Disolvente

Disolución

Soluto

Etapa 1 Etapa 2

Etapa 3

A) Interacciones soluto-A) Interacciones soluto-solventesolvente

““Los semejante disuelve lo semejante”Los semejante disuelve lo semejante”

Disolución de NaCl(s) en H2O(l)

FACTORES QUE AFENTAN A LA SOLUBILIDAD

Disolución de NaCl en H2

O

B) Efecto de la temperatura en la B) Efecto de la temperatura en la solubilidadsolubilidad

Solubilidad de gases Solubilidad de gases en líquidosen líquidos

La solubilidad de los gases La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la disminuye al aumentar la TT

Generalmente.Generalmente.

Generalmente la solubilidad de la mayoría de las sales se incrementa con la temperatura.

Solubilidad de gases en líquidos

A mayor temperatura menor solubilidad

C) Efecto de la presión en la solubilidad

A una temperatura

determinada, el

aumento de presión

implica un incremento

en la solubilidad del

gas en el líquido.

Presión y solubilidad de los gases

La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución (ley de Henry).

c = k P

c es la concentración molar del gas disuelto

P es la presión del gas sobre la disolución

k es una constante (mol/L•atm) que sólo dependede la temperatura

bajo P

bajo c

alto P

alto c

Unidades Químicas de Unidades Químicas de ConcentraciónConcentración

NombreNombre CálculoCálculo UnidadesUnidades InterpretacióInterpretaciónn

Concentración Concentración molar o molar o

MolaridadMolaridadmol/Lmol/L

Expresa el número de Expresa el número de moles de soluto en un moles de soluto en un

litro de solución.litro de solución.

Concentración Concentración normal o normal o

NormalidadNormalidadeq/Leq/L

  Expresa el número Expresa el número de equivalentes de de equivalentes de

soluto en un litro de soluto en un litro de soluciónsolución

Concentración Concentración molal o molal o

MolalidadMolalidadmol/kgmol/kg

Expresa el número de Expresa el número de moles de soluto en un moles de soluto en un

kilogramo de kilogramo de solvente.solvente.

Fracción MolarFracción Molarmol de mol de

soluto/mol de soluto/mol de soluciónsolución

Expresa el número de Expresa el número de moles de soluto moles de soluto en un en un

mol de soluciónmol de solución

solVBn

M =

solV

B # =Neq

n Bm = masa A

nB nBXB = = ntotal nB + nA

La presión de vapor (p) de un líquido o un sólido es la presión ejercida por el vapor en equilibrio con la fase condensada. Depende exclusivamente de la temperatura.

Presión de vapor (p) en atm

° C agua etanol butano-10 0.003 0.014 0.995 0 0.006 0.048 1.002 37 0.061 0.345 1.138100 1.000 1.123 1.369

(a) un líquido en equilibrio con su vapor en un recipiente cerrado;

(b) si se lo calienta, aumenta la p;

(c) al alcanzar la Tc (temperatura crítica) las dos fases se transforman en una fase homogénea.

Para agua

Tc = 374 °C y

Pc = 218 atm

Diagrama de fases del agua

El 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 condición de trabajo de las autoclaves.

Diagrama de fases del CO2

No hay CO2 líquido a presión y temperatura ambiente.

Pendiente P/T > 0, como casi todas las sustancias.

El CO2 supercrítico (Tc = 32 °C y Pc = 73 atm) se usa en cromatografía de fluído supercrítico y para extraer la cafeína del café.

Casos interesantes:

los extinguidores a CO2 y el planeta Marte.

PROPIEDADES COLIGATIVAS

Son aquellas propiedades que dependen de

la naturaleza del solvente y del número de partículas disueltas

pero no guardan relación ni con el tamaño de las partículas ni

con la naturaleza química del soluto.

Las Propiedades Coligativas son propiedades universales de las soluciones y son:

• Descenso de la presión de vapor

•  Ascenso ebulloscópico

• Descenso crioscópico

• Presión osmótica

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 atracción entre

las moléculas de los componentes

soluciónlaensolventedelmolarfracciónxA

CtasoluciónladevapordepresiónpA º

CtapurosolventedelvapordepresiónpA ºº

?BMºA

AB p

px

1 BA xx º1 ABA pxp

ºAAA pxp

Descenso de la Presión de Vapor

Es la diferencia entre la presión de vapor del solvente puro y de la solución.

Ley de Raoult

ºº

º

BBAA

AA

BA

A

t

AA pxpx

pxpp

pPp

y

ºº

º

º

BBAABAt

tBBBBB

tAAAAA

pxpxppP

Pyppxp

Pyppxp

Soluciones de 2 componentes volátiles

Composición del vapor

Gráfica de la ley de Raoult

Soluciones no ideales

• Son aquellas que al formarse experimentan cambios de energía• No obedecen la ley de Raoult

a. Desviación negativa• Las presiones de vapor son menores que las calculadas con la ley de

Raoult• Hay desprendimiento de calor• Hay interacción intermolecular A→B predominante• La energía de cada componente presente en la solución será menor

que la suma de sus componentes purosEjemplo: Cloroformo-acetona

b. Desviación positiva• Las presiones de vapor de cada componente son mayores que las calculadas con la ley de Raoult• Hay absorción de calor• La atracción molecular A→A y B→B es predominante• La energía de cada componente presente en la solución es mayor que la suma de sus componentes puros Ejemplo: Tolueno - benceno

Solución ideal Solución no ideal

Desviación positiva

Desviación negativa

PT es mayor que la presiónque predice la ley de Raoult

PT es menor que la presión

que predice la ley de Raoult

FuerzaA-B

FuerzaA-A

FuerzaB-B< y

FuerzaA-B

Fuerza A-A

Fuerza B-B> y

Pre

sión

Pre

sión

Aparato de destilación fraccionada

Ascenso ebulloscópico

Recordemos que la Ley de Raoult establece que la disminución de la presión de vapor de una solución es siempre proporcional a la concentración de soluto.

Es importante tener presente que esto se debe aplicar a todas las temperaturas. Por lo tanto podemos esperar que la presión de vapor de una solución dada, sea proporcionalmente menor que la del solvente puro, para todas las temperaturas.

Por lo que cualquier disminución en la presión de vapor-al agregar un soluto no volátil, producirá un aumento en la temperatura de ebullición.

Se considera ascenso ebulloscópico a la diferencia entre la temperatura de ebullición de la solución y la del solvente puro.

Podemos escribir la ecuación del ascenso ebulloscópico molal, como:

T e = k e m

ke o Kb es la constante ebulloscópica y es característica de

cada solvente, no depende de la naturaleza del soluto.

m es la concentración molal del soluto.

Si queremos calcular la Temperatura de ebullición de una solución a la presión atmosférica :

T e = Tº + T e

 Te = temperatura ebullición de la solución

T º = temperatura de ebullición del solvente puro

T e = ascenso ebulloscópico

acrioscópicteConsKK

soluciónladencongelaciódeaTemperaturT

purosolventedelncongelaciódeaTemperaturT

fc

c

c

tan

º

ccc TTT º

Disminución del punto de congelación

El punto de congelación de un líquido puro disminuye cuando se agrega un soluto y la temperatura de congelación de la solución de la solución depende en este caso de la cantidad del soluto.

ΔTc = Kc m

Datos típicos sobre Datos típicos sobre KKcc y y KKee

Presión osmótica ()La ósmosis es el paso selectivo de moléculas disolventes a través de una membrana porosa de una disolución diluida a una más concentrada. Una membrana del semipermeable permite el paso de moléculas del disolvente pero impide el paso de moléculas del soluto. Presión osmótica () es la presión requerida para detener la ósmosis

diluir másconcentrado

Presión osmótica

Membranasemipermeable

Presión osmótica

Para evitar el pasaje Para evitar el pasaje de solvente puro de solvente puro hacia la solución es hacia la solución es necesario aplicar una necesario aplicar una presión extra sobre la presión extra sobre la solución.solución.

La presión extra que La presión extra que debe aplicarse de debe aplicarse de denomina presión denomina presión osmótica p.osmótica p.

AltoP

BajoP

= MRTM es la molaridad de la disolución

R es la constante de gas

T es la temperatura (en K)

Transferencia neta del disolvente

Una célula en:

disolución isotónica

disoluciónhipotónica

disoluciónhipertónica

Moléculas de aguaMoléculas de soluto

Propiedades coligativas de disoluciones de electrólitos

0,1 m NaCl disolución 0,1 m Na+ + 0,1 m Cl-

Propiedades coligativas son propiedades que dependen sólo del número de partículas del soluto en la disolución y no de la naturaleza química de las partículas del soluto.0,1 m NaCl disolución 0,2 m iones en disolución

factor van’t Hoff(i) = número real de partículas en la disolución después de la disociación

número de unidades fórmula disueltas inicialmente en la disolución

No electrólitos

NaCl

CaCl2

i debe ser

1

2

3

Propiedadcoligativa

Solución de noelectrolito

Solución deelectrolito

Descenso de lapresión de vapor

P = (n2/n1 + n2)x P P = (n2 i /n1 + n2 i)x P

Descensocrioscópico

T = Kf x m T = Kf x m i

Ascensoebulloscópico

T = Ke x m T = Ke x m i

Presión osmótica = M R T = M i R T

Influencia del factor i de Van’t Hoff

Soluto Concentración 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

Factor i de Van’t Hoff para distintos solutos en solución acuosa

Actividad acuosa

La actividad de agua (aw) indica la disponibilidad de agua en un determinado medio para las reacciones químicas – bioquímicas o para intercambiar a través de membranas semipermeables.

El valor oscila entre 0 y 1.

También 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 moléculas de agua, tal como la requieren los microorganismos para su mejor multiplicación.

0P

Paw

Es decir cuando disminuye el aw, se disminuye o paraliza el crecimiento de microorganismos a causa de la inhibición de la actividad enzimática.

Se puede definir el aw como la relación entre

la presión de vapor del sustrato alimenticio (o solución) y la presión de vapor del agua pura.

APLICACIONES DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS

        Los fenómenos de desecación y liofilización en el laboratorio se ven favorecidos por la disminución de la presión de vapor. Si queremos desecar una solución, la colocamos en un ambiente cerrado al lado de otra solución que tenga una presión de vapor muy baja (agente desecante).

Como hay una tendencia a que ambas soluciones se equilibren, la solución evapora agua que se condensa sobre el agente desecante o es absorbida por este último.

Si quisiéramos que este proceso sea más rápido se puede aplicar vacío.

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 formación de hielo.

Los químicos orgánicos pueden juzgar la pureza de un compuesto controlando su punto de fusión, que será menor que el normal, si contiene impurezas. Esto se usa en el laboratorio por ejemplo para evaluar la pureza del ácido acético.

     El punto de congelación de la leche varía entre

(-0,53) y (-0,55ºC) y es muy constante.

Por lo que se recurre a la determinación del punto de congelación 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 congelación de la leche está por encima de este

valor. (descenso crioscópico)

A veces es necesario disminuir la temperatura de congelación del agua, para lo cual se agregan solutos de baja masa molecular. Si recordamos lo visto anteriormente, más baja será la temperatura de congelación cuanto mayor sea la concentración del soluto (descenso crioscópico).

Este es el fundamento de la preparación 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.