Intermoleculares-_DISOLUCIONES

Fuerzas Intermoleculares:Disoluciones

530.024 II-2015

Docente: Dra. Victoria Melin C.

Disolución

Soluto Disolvente

Disolución

Soluto

Disolvente

Mezcla homogénea de dos o más sustancias

Sustancia presente en menor cantidad

Sustancia presente en mayor cantidad

dependiendo del estado físico original de los componentes se distinguen 6 tipos de disoluciones

Existen disoluciones gaseosas (aire) líquidas (agua mar) sólidas (aleación)

Disolución

EL proceso de disolución

Partículas del soluto se dispersan en el disolvente

El grado en que una sustancia es capaz de disolverse en otra depende de las magnitudes relativas de :1. Interacción soluto-soluto2. Interacción disolvente-disolvente3. Interacción soluto-disolvente

El proceso se puede ver en etapas

EL proceso de disolución

Dependiendo de las magnitudes de ∆H1 y ∆H2 versus ∆H3 , el proceso de disolución será endo o exotérmico

El proceso de disolución depende del factor energético y del factor entrópico. Este último hace referencia al aumento del grado de desorden al disolverse el soluto

El incremento en el desorden favorece la solubilidad de una sustancia, incluso si el proceso de disolución es endotérmico.

∆H1 > 0 (endotérmica) ∆H2 > 0 (endotérmica)

∆H3 > 0 (exotérmica)

1°ETAPA: Separación de las moléculas de disolvente

2°ETAPA: Separación de las moléculas de soluto

3° ETAPAMezcla de moléculas de soluto y disolvente

Factores que afectan la solubilidad

Interacción Soluto-Solvente Temperatura Presión

(solo en gases)

Interacción Soluto-Solvente

Aquellos solutos que presentan fuerzas intermoleculares similares a las del solvente se disolverán fácilmente en él.

CCl4

Benceno

CaCl2

Benceno

Como generalidad: los compuestos iónicos serán mucho más

solubles en disolventes polares

SOLVATACIÓN: Proceso mediante el cual un ion o una molécula se rodea por moléculas del disolvente, distribuidas de una forma específica.

Interacción Soluto-Solvente

¿Cuál es el tipo de interacción

cuando ocurre la solvatación?

¿Por qué el agua es tan buen disolvente?

Cuando el disolvente es agua se denomina hidratación*

¿Qué solutos pueden

disolverse en agua?

Prediga las solubilidades relativas en los siguientes casos: a) bromo (Br2) en benceno (C6H6, µ = 0 D) y en agua (µ = 1.87 D)b) KCl en tetracloruro de carbono (CCl4, µ = 0 D) y en amoniaco líquido (NH3, µ = 1.46 D)c) formaldehído (CH2O) en disulfuro de carbono (CS2, µ = 0) y en agua.

¿El yodo (I2) es más soluble en agua o en disulfuro de carbono (CS2)?

Pensemos…

“lo semejante disuelve a lo semejante”las sustancias con fuerzas de atracción intermoleculares similares

tienden a ser solubles entre sí.

Para resolver cada ejercicio es necesario Evaluar las fuerzas intermoleculares que presenta el soluto y los distintos disolventes.

Factores que afectan la solubilidad:Interacción Soluto-Solvente

cuanto más intensas sean las atracciones entre las moléculas del soluto y del disolvente, mayor será la solubilidad.

Disolución: Solubilidad

Solución Insaturada(no saturada)

Solución Saturada

Solución Sobresaturada

contiene la máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un disolvente

en particular, a una temperatura específica.

Contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver

contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada (por

ellos son menos estables)

Luego de un tiempo cristaliza el soluto

La cantidad de soluto necesaria para formar una

disolución saturada en una cantidad

dada de disolvente se conoce como la

solubilidad

Cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente dado:Usualmente se expresa en g soluto/100 g de agua

OJO!

No confundir precipitación con cristalizaciónEn ambos procesos el soluto se separa de la disolución

Cristalización Precipitación

Separación de un exceso de la sustancia sólida a partir de la disolución sobresaturada.Se forman cristales grandes y bien formados.

Precipitados de partículas pequeñas

Disolución: Solubilidad

¿Cuál es la diferencia entre disolver una sal en agua o en etanol?

Recordemos: Unidades de Concentración

Es posible expresar la concentración de un soluto en distintas unidades de concentración. La elección de una unidad de concentración depende del propósito del experimento

Fracción Molar Molaridad Molalidad

apropiada para el cálculo de presiones

parciales de los gases

Es más fácil medir el volumen de la disolución que

pesar el disolvente

Su valor es independiente de

la temperatura

% m/m

Su valor es independiente de

la temperatura



(solo en gases)

Sólidos Gases

Efecto de la temperatura sobre la solubilidad de sólidos

En general la solubilidad de una sustancia sólida aumenta

con la temperatura.

No hay una correlación clara entre el signo de ∆Hdisol y la

variación de la solubilidad con respecto a la temperatura.

Las variaciones en los cambios de solubilidad f(t) permiten obtener sustancias puras a partir de mezclas mediante la cristalización fraccionada.

La cristalización fraccionada es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades.

Utilizando la diferencia de solubilidad por temperatura

puedo purificar sustancias de una mezcla

Por lo general el método funciona mejor si el compuesto que se va a purificar tiene una curva de solubilidad con una gran pendiente (más soluble a

altas temperaturas que a temperaturas bajas) y si la cantidad de impurezas es relativamente baja.

Efecto de la temperatura sobre la solubilidad de sólidos

Efecto de la temperatura sobre la solubilidad de los gases

La solubilidad de los gases en agua por lo general disminuye al aumentar la temperatura

Contaminación térmica acuática

Aumenta la temperatura del agua

Aumenta el metabolismo de los peces

Aumenta su requerimiento de O2

Pensemos: ¿Porqué en un día caluroso un pescador preferirá pescar en lugares mas profundos?



(solo en gases)

Efecto de la presión sobre la solubilidad de los gases

La presión externa no tiene influencia sobre la solubilidad de líquidos y sólidos, pero afecta enormemente la solubilidad de los gases

Presión externa Solubilidad de un gas

* Para una mezcla de gases P = Pi

LEY DE HENRY

la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución:

c: concentración molar del gas disueltoP: presión del gas en la disolución (atm)k: constante (f(t)) (mol/L•atm)

k: es diferente para cada par de soluto-disolvente

Ejemplos prácticos de la ley de Henry


Al destapar una botella

Al agitar la botella

Desvanecimiento de la cerveza

Presión atmosférica normal del CO2, que es de 0.0003 atm

Burbujas de CO2 salen de la disolución cuando se abre el

recipiente de la bebida carbonatada, debido a que se

reduce la presión parcial del CO2 sobre la disolución.

Excepciones a la Ley de Henry


Gases que reaccionan con agua poseen mayor solubilidad

Un estudiante observa dos recipientes con agua. Uno de los recipientes se calienta a 30°C y el otro a 100°C. En cada caso, se forman burbujas en el agua. ¿Tienen el mismo origen estas burbujas?

La solubilidad del CO2 en agua a 25°C y 1 atm es de 0,034 mol/L. ¿Cuál será su solubilidad en condiciones atmosféricas? (La presión parcial del CO2 en el aire es de 0,0003 atm.) Suponga

que el CO2 obedece la ley de Henry.

R: 1,02 x 10-5 mol/L

La solubilidad del nitrógeno gaseoso en agua a 25°C y 1 atm es de 6,8 × 10–4 mol/L. ¿Cuál es la concentración (en molaridad) del nitrógeno disuelto en agua bajo condiciones atmosféricas? La presión parcial del nitrógeno gaseoso en la

atmósfera es de 0,78 atm.

Calcule la concentración molar del oxígeno en agua a 25°C para una presión parcial de 0,22 atm. La constante de la ley de Henry para el oxígeno es de 1.3 × 10–3 mol/L · atm.

Calcule la concentración de CO2 en una bebida gaseosa que está embotellada con una presión parcial de CO2 de 4,0 atm sobre el líquido a 25 °C. La constante de la ley de Henry para el CO2 en agua a esta temperatura es de 3,1x10-2 mol/L-atm.

Calcule la concentración de CO2 en una bebida gaseosa después de que se abre la botella y se equilibra a 25 °C, bajo una presión parcial del CO2 de 3,0x10-4 atm.

R: 0,12 mol/L - 9,3x10-6 mol/L

R: 5,3 x10-4 mol/L

R: 2,86 x10-4 mol/L

Solubilidad de alcoholes

El número de átomos de carbono en

un alcohol afecta su solubilidad.

Al aumentar la longitud de la cadena de carbonos, el grupo

polar OH se vuelveuna parte cada vez más pequeña de la

molécula.

Disminuye la solubilidad en

agua y aumenta su solubilidad en

hexano

Una forma de potenciar la

solubilidad de una sustancia en agua es aumentar el número

de grupos polares que contiene

Propiedades Coligativas

propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.

Las propiedades de una disolución que son distintas a las que presenta el disolvente puro.

Disoluciones de No electrolitos

Disoluciones de electrolitos

*en disoluciones NO muy concentradas!

Propiedades Coligativas de disoluciones NO electrolitas

Disminución de la presión de vapor

Disolvente + soluto no volátil Disolvente + soluto volátil

Molecularmente: En la evaporación aumenta el grado de desorden del sistemaLa disolución posee mayor grado de desorden que el disolvente puro.La diferencia entre el desorden de la disolución y su vapor es menor que entre el disolvente puro y su vapor!!!.

Las moléculas del disolvente tienen menor tendencia a abandonar la disolución que a abandonar el disolvente puro y por ende producen una mayor presión de vapor



Las sustancias no volátiles no poseen presión de vapor que pueda medirse

Al agregar un soluto no volátil a un disolvente siempre disminuye la presión de vapor.

Ley de Raoult

Pi: presión de vapor de la disoluciónPi°: presión de vapor del disolvente puroXi: Fracción molar del disolvente en la disolución

El grado en que disminuye la presión de vapor es proporcional a la concentración del soluto.

Disolvente + soluto no volátil


Disminución de la presión de vapor Disolvente + soluto volátil

Cuando ambos componentes de la disolución poseen presión de vapor

la presión de vapor de la disolución es la suma de las presiones parciales individuales



Las soluciones ideales son las que cumplen con la Ley de Raoult

(Poseen ∆Hdisol =0)

CASO 1 CASO 2

Las fuerzas intermoleculares entre A y B son menores que

las que sienten A-A y B-B

∆Hdisol >0 ∆Hdisol <0

Las fuerzas intermoleculares entre A y B son mayores que las

que sienten A-A y B-B

Las fuerzas intermoleculares entre A y B son iguales a las que sienten A-A y B-B

Existen disoluciones NO ideales (es decir que NO obedecen la Ley de Raoult)

CASO 1 CASO 2

∆Hdisol >0 ∆Hdisol <0



Desviaciones a la idealidad

Desviación positiva Desviación negativa

La PT es mayor que la suma de las presiones parciales

La PT es menor que la suma de

las presiones parciales

La glicerina (C3H8O3) es un no electrolito no volátil con una densidad de 1,26 g/mL a 25 °C. Calcule cuanto disminuye la presión de vapor a 25 °C de una disolución preparada mediante la adición de 50,0 mL de glicerina a 500,0 mL de agua. La presión de vapor del agua pura a 25 °C es 23,8 torr y su densidad es de 1,00 g/mL.

Apliquemos lo aprendido…

R: 0,57 torr

Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 218 g de glucosa (masa molar = 180,2 g/mol) en 460 mL de agua a 30°C. ¿Cuál es la disminución en la

presión de vapor? La presión de vapor del agua pura a 30°C es 31,82 mmHg. Suponga que la densidad de la disolución es de 1.00 g/mL.

R: 30,4 mmHg / 1,4 mmHg

Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 82,4 g de urea (masa molar = 60,06 g/mol) en 212 mL de agua a 35°C. ¿Cuál es la disminución de la presión de vapor? Suponga que la densidad de la disolución es de 1.00 g/mL.

R: 37,8 mmHg / 4,39 mmHg


Elevación en el punto de ebulliciónpunto de ebullición de una disolución es la temperatura a la cual su vapor de presión

iguala a la presión atmosférica externa

independientemente de la temperatura, la curva líquido-vapor para la disolución

siempre está por debajo de la del disolvente puro

Diagrama de Fases

Disminución en el punto de congelación

Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido se iguala a la

presión de vapor del sólido.

Punto de congelación de una disolución es la temperatura a la que un líquido se solidifica


Elevación en el punto de ebullición

Kb: constante molal de elevación del punto de ebullición (°C/m)m: molalidad de la disolución

∆Tb: aumento del punto de ebulliciónTb: Punto de ebullición de la disoluciónTb°: Punto de ebullición del disolvente puro


∆Tf: disminución del punto de congelación (siempre >0)Tf: Punto de congelación de la disoluciónTf°: Punto de congelación del disolvente puro

Kf: constante molal de disminución del punto de congelación (°C/m)m: molalidad de la disolución


Elevación en el punto de ebullición Disminución en el punto de congelación

* La disminución en el punto de congelación es independiente de si el soluto es volátil o no.



SÓLIDOLÍQUIDO

desorden

Liberar energía

El etilenglicol (EG), CH2(OH)CH2(OH), es un anticongelante comúnmente utilizado en automóviles. Es soluble en agua y bastante no volátil (p. eb. 197°C). Calcule el punto de congelación de una disolución que contenga 651 g de esta sustancia en 2505 g de agua.

¿Debe mantener esta sustancia en el radiador de su automóvil durante el verano? La masa molar del etilenglicol es de 62,01 g.

Tf= -7,79°C / Tb= 102,2 °C

Calcule el punto de ebullición y el punto de congelación de unadisolución que contenga 478 g de etilenglicol en 3202 g de agua.

¿Cuáles son el punto de ebullición y el punto de congelación de una disolución de naftaleno 2,47 m en benceno? (El punto de ebullición y el punto de congelación del benceno son 80.1°C y 5.5°C,

respectivamente.)

¿Cuántos litros del anticongelante etilenglicol [CH2(OH)CH2(OH)] se deben agregar al radiador de un automóvil que contiene 6,50 L de agua, si la temperatura invernal más baja en la región es de –20°C? Calcule el punto de ebullición de esta mezcla agua-etilenglicol. (La

densidad del etilenglicol es de 1.11 g/mL.)

Tf= -7,2°C / Tb= 86,9 °C

Tf= -4,46°C / Tb= 101,3 °C

R: al menos 3,904 L

Empleo de las propiedades coligativas en la determinación de la masa molar


A partir de cualquiera de las propiedades coligativas recién vistas se puede determinar la masa molar de un soluto.

Una muestra de 7,85 g de un compuesto con la fórmula empírica C5H4 se disuelve en 301 g de benceno. El punto de congelación de la disolución es de 1,05°C por debajo del punto de congelación del benceno puro. ¿Cuál será la masa molar y la fórmula

molecular de este compuesto?

1° Debemos calcular la molalidad de la disolución

2° Determinar el número de moles

3° obtener la masa molar del soluto

Considerando los kg de disolvente dados en el enunciado

Una disolución de 2,50 g de un compuesto, cuya fórmula empírica es C6H5P, en 25,0 g de benceno se congela a 4,3°C. Calcule la masa molar del soluto y su fórmula molecular.

El análisis elemental de un sólido orgánico extraído de la goma arábiga (una sustancia chiclosa que se utiliza en pegamentos, tintas y productos farmacéuticos) mostró que contenía 40.0% de C, 6.7% de H y

53.3% de O. Una disolución de 0,650 g del sólido en 27,8 g del disolvente bifenilo tuvo una disminución del punto de congelación de 1,56°C. Calcule la masa molar y la fórmula molecular del

sólido. (Kf para el bifenilo es de 8.00°C/m.)

Se preparó una disolución de un electrolito no volátil desconocido disolviendo 0,250 g de la sustancia en 40,0 g de CCl4 (Kb=5,02 °C/m) .El punto de ebullición de la disolución resultante fue

0,357 °C más elevado que el del disolvente puro. Calcule la masa molar del soluto.

Una disolución de 0,85 g de un compuesto orgánico en 100,0 g de benceno tiene un punto de congelación de 5,16°C. ¿Cuál es la molalidad de la disolución y la masa molar del soluto?

R: 87,9 g/mol

R: 427 g/mol / C24H20P4

R: 0,066 m / 128 g/mol

R: 120 g/mol/ C4H8O4

Propiedades Coligativas de disoluciones de electrolitos

Al formar una disolución de electrolitos, el soluto se disocia en iones.

Dos o más partículas →→ cambios proporcionales y pronunciados

factor de van’t Hoff

i: toma un valor de 1 para no electrolitos

las propiedades coligativas de las disoluciones de electrólitos son más pequeñas de lo que se espera

Propiedades Coligativas de disoluciones de electrolitos

a concentraciones elevadas intervienen las fuerzas electrostáticas y forman pares iónicosPar iónico:

uno o más cationes con uno o más aniones unidos mediante

fuerzas electrostáticas

Formación de un par iónico

Valor de la carga α probabilidar de formar un de par iónico

↓ Número de partículas en la disolución

↓ Efecto sobre la prop. coligativa

¿Cuál de las siguientes disoluciones acuosas tiene: a) mayor punto de ebullición, b) mayor punto de congelación

c) menor presión de vapor: CaCl2 0,35 m o urea 0,90 m. Suponga disociación completa.

Acomode las siguientes disoluciones acuosas en orden decreciente de punto de congelación: Na3PO4 0,10 m; NaCl 0,35 m; MgCl2 0,20 m; C6H12O6 0,15 m, CH3COOH 0,15m

¿Cuáles son los puntos normales de congelación y de ebullición de las siguientes disoluciones? . Asuma la densidad del agua 1,0 g/mL

a) 21,2 g de NaCl en 135 mL de aguab) 15,4 g de urea (CH4N2O) en 66,7 mL de agua

¿Cuál de los siguientes solutos producirá el mayor incremento en el punto de ebullicióncuando se agreguen a 1 kg de agua: 1 mol de Co(NO3)2, 2 moles de KCl, 3 moles de

etilenglicol (C2H6O2)? R:KCl

Tf: -10 °C / Tb: 102,8 °C

Tf: -7,2 °C / Tb: 102 °C

R:C6H12O6 – CH3COOH – Na3PO4 – MgCl2 - NaCl

R: CaCl2 R: urea

R: urea

Propiedades Coligativas

propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.

Disoluciones de No electrolitos

Disoluciones de electrolitos

Presión de vapor

Temperatura de ebullición

Temperatura de congelación

Al agregar un solutoDisminuye

Disminuye

Aumenta

i= 1 i>1

Intermoleculares-_DISOLUCIONES

Documents

Transcript of Intermoleculares-_DISOLUCIONES