CAPITULO 1. PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES DILUIDAS

Soluciones
CAPITULO 1.
PROPIEDADES DE LAS
SOLUCIONES DILUIDAS
Solución: sistema líquido homogéneo formado por más de un
componente.
Solvente: componente que se encuentra en mayor proporción.
solutos: los que están en menor proporción.
Ideales
Fisicoquímica para Ingenieros
Porf. Laura Márquez
Universidad de Los Andes - Venezuela
Soluciones
Infinitamente diluidas: 1-10 mM
gases (O2, N2) e iones (Ley de Debye-Hückel)
Reales: 0.1-10 M
Soluciones: Soluciones ideales
Soluciones: Soluciones ideales
Las interacciones moleculares soluto:solvente son de igual
magnitud a las solvente:solvente y las soluto:soluto
!Hmez=0
!Vmez=0
La propiedad de un componente, en una solución ideal, es
proporcional a su fracción molar y a su propiedad al Edo. puro
Pi " Xi
PA
P A•
PB
P =
PA +
PB
Pi = Pi•
Xi = 1
PB•
Todos sus componentes (soluto y solvente) cumplen la Ley
de Raoult en todo el intervalo de concentraciones
XB = 0
XA = 1
Pi = k Xi
XB = 1
XA = 0
k = constante de
proporcionalidad
= propiedad al Edo.puro
Ley de Raoult:
PA = PA• . XA
PB = PB• . XB
Soluciones
Cálculo de µ para soluto y solvente de soluciones ideales
A (v)
µi
(solución)
= µi
µi
(solución)
= µº + RT ln Pi
Según Raoult
A (l)
(vapor)
Pi =
Pi•
Soluciones Reales y Soluciones infinitamente diluidas
PA
. Xi
PA
PB
(solución)
= µº + RT ln (Pi• . Xi)
µi
(solución)
= µº + RT ln Pi• + RT ln Xi
A una P y T, la Pi• es un valor definido
µi
(solución)
= µi• + RT ln Xi
XB = 0
XB = 1
XA = 1
XA = 0
PA
PB
P =
PA +
PB
Exotérnica
PA
•
XB = 1
XA = 0
PB
PA
PB ! PB• . XB
P A•
PB
m = kH
P =
PA +
PB
Solvente # Ley de Raoult
PB•
PB•
PB•
XB = 0
XA = 1
PA ! PA• . XA
Soluciones infinitamente diluidas
>
Endotérnica
! propiedad del
puro
Soluciones
<
•
Pi = k Xi
PB•
Soluciones Reales
PA
P =
PA +
PB
•
Pi " Xi
k = constante de
proporcionalidad
µi
Permite calcular el
µsoluto y el µsolvente,
si la solución se
comporta como
solución ideal
Soluciones
XB = 0
XB = 1
XA = 1
XA = 0
XB = 0
XB = 1
XA = 1
XA = 0
A: solvente
B: soluto
XA
1
PA = PA• . XA
Soluto Volátil # Ley de Henry
XB
1
PB = kH . XB
Solubilidad de Gases en líquidos
Equivalencia entre HHenry - "
Soluciones infinitamente diluidas – Ley de Henry
Solubilidad en líquidos de Gases poco solubles
Coeficiente
Volgas (cm 3 )
"
=
de Bunsen
VolSTE (cm 3 )
Soluto Volátil # Ley de Henry
XB
1
PB = kH . XB
Volgas = n gas *
3
"=
Volgas (cm )
VolSTE (cm 3 )
Solubilizado a condiciones de:
Pgas= 1atm y
Temperatura de 25ºC
El volumen del gas es medido a condiciones estandar
P = 1 atm y T = 0ºC
!
VolSTE =
"=
!
Xgas=Ppas / kH_gas
R * T0
P0 (medidos _1atm _ 0ºC )
Vol!
gas = n gas(mol
Coeficiente de BUNSEN (")$
Ley de Henry
gas
)
* 22413,8(cm 3
gas
X gas =
n gas
n gas
=
(n gas + n STE ) n STE
/ mol gas )
ngas/nSTE=Ppas / kH_gas
n STE (mol STE ) * PM STE (g STE / molSTE )
" STE (g STE / cmSTE
3
)
!
n gas 22413,8 * # STE
*
n STE
PM STE
"=
P( parcial _ gas) # STE
*
* 22413,8
K( Henry _ gas) PM STE
!
!
Solubilidad de Gases en líquidos
Solubilidad de Gases - Influencia de la Presión
Equivalencia entre HHenry - "
Presiones Moderadas coportamiento Lineal
P( parcial _ gas) # STE
"=
*
* 22413,8
K( Henry _ gas) PM STE
!
α (cm3gas/cm3STE*atm)
GAS
KH (atm)
KH (Torr)
CO2
1644,7
1,25 * 106
CH4
41348,1
3,14 * 107
0,0300
O2
43421,1
3,30 * 107
0,0283
H2
70263,1
5,43 * 107
0,0175
N2
85657,9
6,51 * 107
0,0143
He
142579,5
1,08 * 108
0,0087
Solubilidad de diversos gases en agua (Atkins)
Solubilidad = Xgas=Pgas/KHenry
Presiones Altas coportamiento NO Lineal
Xgas
Xgas
H2
O2
N2
N2
He
Pparcial del gas
50
100 atm
Solubilidad de diversos gases en agua (Atkins)
Pparcial del gas
200
400 atm
Solubilidad en agua (Levine Vol.1)
Solubilidad de Gases _ Influencia de la Temperatura
KHenrry_gas (GPa) en Agua
Bajas Temperaturas ( 0 - 50ºC )
O2
Relación MUY simplificada
Aumento lineal de KH-gas
(disminución de Xgas)
para algunos gases en Agua
1/KHenrry_gasҫXgas
O2
K H (T1) T1 " T 2
= =
K H (T 2) T2 " T1
N2 T (ºC)
200
300
Constantes de la Ley de Henry en agua (Levine Vol.1)
Solubilidad de Gases _ Influencia de la Temperatura
Bajas Temperaturas ( 0 - 100ºC ) Relación más ajustada
Sander, (1999)
K H (gas _ agua ) = K º H (gas _ agua ) *exp["
"d lnK H (gas _ agua ) #H solu
=
d(1/T)
R
#H solu 1 1
( " )]
R T Tº
KH en (Molar/atm)
T en (ºK)
Una recopilación de "d lnK H (gas _ agua ) = #H solu
R
Puede encontrarse en: d(1/T)
http://www.mpch-mainz.mpg.de/~sander/res/henry.html
!
!
"=36,885
KH (bar)
T (ºC)
Solutos
τgas
αgas
Helio
131,42
41,824
Neón
142,50
41,667
Nitrógeno
162,02
41,712
Oxígeno
168,87
40,622
Argón
168,87
40,404
Variación de la Constantes de la Ley de Henry en agua (Prausnitz)
!
!
Relación más ajustada
Benson y Krause
(1976)
$ gas
$ gas 2
lnK H (gas _ agua ) = " gas (1 #
) # %(1 #
) + ln1,01325
T
T
Bajas Temperaturas ( 0 - 50ºC )
N2
100
Solubilidad de Gases _ Influencia de la Temperatura
Sander, R. Modeling atmospheric chemistry: Interactions between gas-phase species and liquid cloud/aerosol particles.
Surv. Geophys., 1999.