Dilución de soluciones y propiedades coligativas

1. Dilución de soluciones y propiedades coligativas 3 año medio 2001 Liceo Camilo Henríquez

2. Dilución • Cuando a una solución de una determinada concentración se le adiciona mas solvente, la solución se diluye. • Lo único en común entre la solución concentrada y la solución diluida es el número de moles se soluto. • Un volumen (V1) de la solución inicial de concentración (C1), contiene los moles n = C1 x V1. Si se adiciona solo solvente, la concentración de la solución final será C2 (concentración 2) en un volumen mayor (V2), tal que los moles serán n=C2 x V2. En suma: C1 x V1 = C2 x V2

3. Dilución • Con esta sencilla relación permite obtener la concentración final de la solución diluida. Por ejemplo, si a V1= 0,500 L de la solución de C1= 1,71 mol/L e le agrega agua hasta que su volumen sea V2= 0,750 L, su nueva concentración es: C2= (C1 x V1) =(1,71 mol/L)(0,500 L) =1,14 mol/L V2 (0,750 L)

4. Ejercicios • A) Determinar el volumen inicial de una solución de NaCl de concentración inicial 12,5 mol/L, concentración final de 7,5 mol/L y volumen final de 20, 5 L • B) Determinar la concentración final de una solución inicial de 1,5 L de AgNO3 al 30% m/v , al cual se le agregaron 2,5 litros de agua.

5. Propiedades Coligativas • Una solución formada por un solvente y un soluto no volátil, tiene propiedades muy particulares, dado que solo el solvente puede evaporarse. La concentración del soluto altera algunas propiedades físicas de la solución, llamadas propiedades coligativas • Es importante recalcar que las propiedades coligativas, que significan propiedades unidas, solo dependen del solvente y de la cantidad de particulas en solución Y NO DEPENDEN DE LA NATURALEZA DEL SOLUTO

6. Propiedades coligativas • Las propiedades coligativas a estudiar son: • Descenso de la presión de vapor del solvente • Aumento del punto de ebullición, respecto al solvente puro • Descenso del punto de congelación, respecto al solvente puro • Aumento de la presión osmótica

7. a)Descenso de la presión de vapor del solvente • A una determinada temperatura siempre la presión de vapor del solvente (P1) en una solución, es menor que la presión de vapor del solvente puro (P1°) y esta disminución es directamente proporcional a la fracción molar del solvente (X1). Este comportamiento se conoce como LEY DE RAOULT, en que: P1=X1 x P1°

8. a)Descenso en la presión de vapor del solvente • El sub-índice 1 se reserva para el solvente y 2 para un soluto. Por ejemplo, en agua pura a 20°C, la presión de vapor es de 17,54 mmHg. A la misma temperatura en una solución de azúcar, de concentración X2=0,10, el vapor de agua ejerce una presión de 15,79 mmHg

9. a)Descenso en la presión de vapor del solvente Fase Vapor v vv fase Líquida Líquido puro Disolución

10. B) Aumento en el punto de ebullición • Sin duda, el punto de ebullición de un líquido ocurre cuando la presión de vapor de este se iguala a la presión atmosférica. Cuando una solución es calentada, debido a que su presión de vapor es mas baja que el solvente puro, hay que elevar mas la temperatura para hacerla hervir. • El aumento en el punto de ebullición de la solución (Te) respecto al solvente puro (Te°) es proporcional a la concentración molal del soluto

11. B) Aumento en el punto de ebullición • Matemáticamente se representa por: Te = Ke x m En donde : Te= Te – Te° = aumento en el punto de ebullición Ke= constante ebulloscópica, característica de cada solvente m= molalidad de la solución

12. Disminución en el punto de congelación de la solución • Cuando la masa de una solución es sometida a bajas temperaturas hasta la congelación, el fenómeno se invierte, puesto que el punto de congelación de la solución (Tc) es mas bajo que el punto de congelación del solvente puro (Tc°). • Tc=Kc x m • Tc= Tc°-Tc= disminucion del punto de congelación • Kc= constante crioscópica especifica del solvente • m= molalidad de la solución

13. Presión osmótica • Cuando una solución de un soluto cualquiera no volátil, esta en contacto con el liquido puro a través de una membrana semipermeable, se denomina osmosis. La presión que se debería aplicar sobre la solución para evitar el paso del solvente a través de la membrana, corresponde a la presión osmótica Π= C x R x T Donde C es la concentracion molar, R la constante universal de los gases =0,082 (L x atm)/mol x K ;T =temperatura absoluta en K

14. Propiedades para electrolitos • Las propiedades coligativas de las soluciones dependen de la concentración total de partículas de soluto, sin importar si las partículas son iones o moléculas.

15. Propiedades para electrolitos • Así podemos esperar que una solución 0,1 m de NaCl tenga un total de partículas en solución igual a 0,2 m ya que como esta sal es un electrolito fuerte, disocia completamente en solución.

16. Propiedades para electrolitos • Así, por ejemplo, si tenemos una solución 0,1 m de NaCl y calculamos su punto de congelación (Tc) considerando que este compuesto es un no electrolito resulta ser: Tc = -0,186 °C si consideramos al NaCl como es en realidad (electrolito fuerte), la concentración de partículas en solución (si partimos de una solución 0,1 m) será de 0,2 m, luego el punto de congelación de la solución es: • Tc = -0,372 °C

17. Propiedades para electrolitos • Sin embargo, Van’tHoff determinó experimentalmente que el punto de congelación de una solución 0,1 m de NaCl era realmente -0,348 °C, una temperatura distinta a la esperada teóricamente (-0,372 °C). • La diferencia entre la propiedad coligativa esperada y observada experimentalmente para los electrolitos débiles SE DEBE A LAS ATRACCIONES ELECTROSTÁTICAS ENTRE LOS IONES EN SOLUCIÓN.

18. Propiedades para electrolitos • A medida que los iones se mueven en la solución, los iones de cargas opuesta chocan y se unen por breves momentos. Mientras están unidos se comportan como una sola partícula llama par iónico. El número de partículas independientes se reduce y ocasiona el cambio observado en el valor calculado respecto del valor experimental. Para nuestro ejemplo calculado -0,372 °C, observado experimentalmente - 0,348 °C

19. Propiedades para electrolitos • Este fenómeno se observa en todas las propiedades coligativas de soluciones de electrolitos. Es decir, para una solución de electrolito: • Punto de Congelación calculado > Punto de Congelación experimental • Punto de Ebullición calculado < Punto de Congelación experimental • Presión Osmótica calculado > Presión Osmótica experimental • Presión de Vapor calculada > Presión de Vapor experimental

20. Factor de Van’tHoff • Una medida del grado en que los electrolitos se disocianes el factor de Van’t Hoff . Este factor es la relaciónentre el valor real de una propiedad coligativa y el valorcalculado (considerando que la sustancia es un noelectrolito)

21. Factor de Van’tHoff • El valor ideal de factor de Van’t Hoff para una sal puede calcularse observando la formula del compuesto. Por ejemplo: • Al factor ideal de Van’t Hoff se le simboliza por la letra √(nu), debemos considerar este factor como un valor limitante, es decir, el factor Van’t Hoff para el NaCl tiene como máximo valor  = 2.

22. Factor de Van’tHoff

23. Factor de Van’tHoff • En estos datos podemos observar dos tendencias. • Primero: La dilución afecta los valores de “i” para los electrolitos “cuanto más diluida es la solución, más se aproxima i al valor limitante (√) de esto podemos concluir que entre más diluida este la solución el grado de apareamiento de los iones en solución también disminuye”. La carga de los iones afecta el valor de i para los electrolitos. • Segundo: “Mientras menor sea la carga de los iones, menor es la desviación de i del valor limitante, como conclusión entre menor sea la carga de los iones disminuye el grado deapareamiento de los iones en solución”

24. Factor de Van’tHoff • Finalmente aplicando el coeficiente de Van’t Hoff (i) a las expresiones algebraicas de las propiedades coligativas de soluciones no electrolitos antes mencionadas, podemos calcular las propiedades coligativas de soluciones electrolitos.

25. Ejercicios

26. Ejercicios