Ivan Ocaña 2u alimentos

1. Tema 7 Disoluciones

2. CONTENIDO 1.- Definiciones. Formas de expresar la concentración. 2.- Concepto de disolución ideal. Ley de Raoult. 3.- Magnitudes termodinámicas de mezcla. 4.- Disoluciones binarias ideales. Diagramas P-x y T-x. 5.- Disoluciones diluidas ideales. Ley de Henry. 6.- Propiedades coligativas.

3. Dependiendo de la naturaleza de la fase: Sólida Líquida Gaseosa 1 DEFINICIONES. FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN. Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias. Clasificación de las disoluciones

4. Dependiendo del número de componentes: * Binaria * Ternaria * Cuaternaria . . . Disolvente: Componente que está presente en mayor cantidad o que determina el estado de la materia en la que existe una disolución. Solutos: Los restantes componentes.

5. Acuosas No acuosas • Dependiendo del disolvente: • Dependiendo del estado del soluto: Soluto sólidoSoluto líquido Soluto gaseoso Electrolíticas: soluto se disocia en iones (ej. sal) (conducen la corriente eléctrica) No electrolíticas: soluto no se disocia en iones (ej. azúcar) (no conducen la corriente eléctrica) • Dependiendo de la naturaleza del soluto: Clasificación de las disoluciones líquidas

6. Formas de expresar la concentración • Representa el tanto por uno en moles de i • Adimensional • 0 xi • Unidades: molkg-1 (molal,m) • Ventaja: No varía con T La descripción de una disolución implica conocer suscomponentes y sus cantidades relativas concentración. • Fracción molar (x) • Molalidad (m)

7. Unidades: molL-1 (molar,M) • Desventaja: Varía con T • Ventaja: Facilidad para medir V • Unidades: equivL-1 (normal,N) • Desventaja: depende de la reacción • Uso no recomendado Protones transferidos en rcc. ácido-base Electrones transferidos en rcc. redox equivalentes (i) = nivalencia • Molaridad (M) • Normalidad (M) • Porcentaje en peso (% p/p) Partes por millón (ppm)

8. Estudio de los gases: Fácil gracias al modelo del gas ideal. • Modelo sencillo para predecir su comportamiento. • Referente para el estudio de gases reales. 2 CONCEPTO DE DISOLUCIÓN IDEAL.LEY DE RAOULT. • Descripción fenomenológica: PV = nRT • Descripción molecular: • Moléculas puntuales (V despreciable). • No existen interacciones intermoleculares entre ellas. ¿No podríamos disponer de un modelo análogo para disoluciones? ¡ Sí !

9. MODELO DE LA DISOLUCIÓN IDEAL Ley de Raoult Presión de vapordel líquido i puro Presión parcial de i en el vaporen equilibrio con la disolución Fracción molarde i en ladisolución líquida François Marie Raoult (1830-1901) • Descripción molecular Disolución en la cual las moléculas de las distintas especies son tansemejantes unas a otras que las moléculas de uno de los componentespueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variación de laestructura espacial de la disolución ni de la energía de las interaccionesintermoleculares presentes en la misma. 2) Descripción fenomenológica

10. Magnitud de mezcla: Diferencia entre el valor de la magnituden la disolución y la de los componentes puros. Compuestos puros Disolución YM = Ydisoluc – Y* 3 MAGNITUDES TERMODINÁMICASDE MEZCLA. En el caso de una disolución ideal(T y P ctes) VM = 0no hay cambio de volumen al formarse la disolución, pues no cambia la estructura espacial. UM = 0 pues no cambia la energía de las interacciones al formarse. HM = 0no hay calor de mezcla a P cte; ni absorbe ni desprende Q. SM > 0aumenta el desorden. GM < 0 formación de la disolución: espontánea.

11. Disolución ideal de los componentes 1 y 2(ambos volátiles) (1+2) L Equilibrio L  V (1+2) Disoluciónideal Ley de Raoult V En el vapor, de acuerdo con la ley de Dalton: 4 DISOLUCIONES BINARIAS IDEALES. DIAGRAMAS P-x y T-x. Con estas expresiones puedo conocer la composición del vaporsabiendo la del líquido (ambas no tienen por qué ser iguales).

12. Diagrama P-x (a T cte, disolución ideal) Da P1, P2 y PTOT en el equilibrio en función de lacomposición del líquido (x1L) P Si, p.ej.,P1* > P2* P1* PTOT P1 P2* P2 0 x1L 1 Recta; pendiente = P1*, o.o.= 0 Recta; pendiente = -P2*, o.o.= P2* Recta;pendiente = P1*-P2*o.o.= P2* “Pega”: no nos informade la composición delvapor (x1V).

13. P P1* PTOT P2* 0 x1V 1 Curva de P frente a lacomposición del vapor (X1V)

14. P Líquido P1* L + V P2* Vapor 0 x1 1 Podemos representar ambas en un mismo diagrama Diagrama de fases P-x(T = cte)

15. A B C D E x1V x1V Podemos representar ambas en un mismo diagrama Disminuimos P a T cte de A hasta E P A: disolución líquidaB: empieza a producirse vaporC: líq + vapor en equilibrio D: Se evapora la última gota de líquido E: Todo vapor x1 0 x1L x1L 1

16. Diagrama T-x (a P cte) Representamos la temperatura de ebullición de la disoluciónen función de la fracción molar.

17. Destilación simple Aplicación: Destilación Como el vapor es más rico en elcomponente más volátil que ellíquido original es posible separarlos 2 componentes de una disoluciónideal por destilaciones sucesivas.

18. Destilado (vapor condensado,rico en componentemás volátil) Residuo (líquido residual,rico en componentemenos volátil) Destilación fraccionada Se construye una columna de destilación donde se producen un grannúmero de condensaciones y revaporizaciones sucesivas.

19. MODELO DE LA DISOLUCIÓN DILUIDA IDEAL 5 DISOLUCIONES DILUIDAS IDEALES.LEY DE HENRY. Muchas disoluciones se desvían bastante del modelo de disolución ideal. Por ello resulta útil definir otro modelo: • Descripción molecular Disolución en la cual las moléculas de soluto prácticamente sólointeraccionan con moléculas de disolvente. Es el límite cuando xL(disolvente)  1 y xL(solutos)  0(Sólo aplicable a disoluciones no electrolíticas)

20. El disolvente obedece la ley de Raoult: • El soluto obedece la ley de Henry: Constante de la ley de Henry(unidades de P) William Henry (1775-1836) 1803: Estudio de la solubilidad de gases en líquidos a distintas presiones: Ley de Henry. 2) Descripción fenomenológica En condiciones de dilución suficientemente elevada,todas las disoluciones no electrolíticas pasan a serdisoluciones diluidas ideales.

21. Acetona + cloroformo Diagramas P-x

22. Diagramas P-x Acetona + cloroformo Desviaciones negativas de la ley de Raoult Ocurre cuando las interaccionesA-B son mayoresque las A-A y B-B HM < 0 VM < 0

23. Acetona + CS2 Desviaciones positivas de la ley de Raoult Ocurre cuando las interaccionesA-B son menoresque las A-A y B-B HM > 0 VM > 0 Diagramas P-x

24. La formación de una disolución tiene consecuencias sobreuna serie de propiedades: propiedades coligativas. Propiedades que dependen únicamente de la cantidad(concentración) de soluto añadida (moles o moléculasde soluto), pero no de su naturaleza (de qué soluto sea). 6 PROPIEDADES COLIGATIVAS. Disminución de la presión de vapor Aumento de la temperatura de ebullición Descenso de la temperatura de fusión/congelación Presión osmótica Estudiaremos disoluciones diluidas ideales (no electrolíticas) formadas por un disolvente volátil (1) y un soluto no volátil (2).

25. (pues el disolvente obedece la ley de Raoult) La presión de vapor de la disoluciónes menor que la del disolvente puro. 6.1. Disminución de la presión de vapor Como el soluto es no volátil, la presión del vapor de la disolución (P)corresponderá a la presión de vapor del disolvente (P1). ¿Cuánto disminuye la presión de vapor al formarse la disolución? Aplicación: determinación de pesos moleculares.

26. Consecuencia de ladisminución de la presión de vapor la temperatura de ebulliciónde la disolución es mayorque la del disolvente puro. ¿Cuánto? Teb = Teb Teb* = keb m • Propiedad del disolvente (no depende del soluto) • Unidades: Kkgmol-1 Constante ebulloscópica 6.2. Aumento ebulloscópico Aplicación: determinación de pesos moleculares ebulloscopía.

27. Tf = Tf*Tf = kf m • Propiedad del disolvente (no depende del soluto) • Unidades: Kkgmol-1 Constante crioscópica 6.3. Descenso crioscópico. La adición del solutoprovoca un descensodel punto de fusión.

28. kf > kebEl descenso crioscópico es más acusado que el aumento ebulloscópico • Determinación de pesos moleculares crioscopía • Anticongelantes, añadir sal a las carreteras, ... Aplicaciones

29. Membrana semipermeable:Permite que pequeñasmoléculas pasen a su través,pero las grandes no. 6.4. Presión osmótica. Ósmosis: Flujo de disolvente a través de una membranasemipermeable hacia el seno de una disolución más concentrada. La presión necesaria para detener el flujo: Presión osmótica()

30.  = c R TEcuación de van’t Hoff Molaridad • Determinación de pesos moleculares osmometría. (especialmente para moléculas con altos pesos moleculares como, p.ej., macromoléculas biológicas). Aplicaciones • Ósmosis inversa  desalinización (aplicar a la disolución una presión mayor que la , provocando un flujo de salida del disolvente). Presión osmótica Importancia en los seres vivos: • Paredes celulares actúan como membranas semipermeables: permiten el paso de moléculas pequeñas (agua, moléculas de nutrientes) pero no de grandes (enzimas, proteínas, ...).

31. Disolución isotónica(misma  que losfluidos intracelularesde los glóbulos) Disolución hipotónica(menor (entra agua y puede causarla ruptura: hemólisis) Disoluc. hipertónica(mayor (sale agua: crenación) Suero fisiológico • Glóbulos rojos de la sangre