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Departamento de Ciencia y Tecnología
QUIMICA 1
Comisión B
Dra. Silvia Alonso
([email protected])
Lic. Evelina Maranzana ([email protected])
CONTENIDOS
1. Disoluciones. Dispersiones coloidales y geles.
2. Concentración de las disoluciones. Formas de expresarla.
3. Disoluciones de sólidos en líquidos. Proceso de disolución.
4. Solubilidad. Disolución saturada.
5. Electrolitos. Reglas de solubilidad de compuestos iónicos en agua.
6. Solubilidad relativa. Coeficientes de reparto.
7. Disoluciones de gases en líquidos. Ley de Henry.
8. Disoluciones de líquidos en líquidos.
¿Cuáles son las ideas principales?
El proceso de disolución de un soluto en un disolvente tiene como
consecuencia la modificación de las propiedades de este último, en una
proporción que depende de la concentración de soluto disuelta.
¿Por qué necesitamos conocer esto?
Con los conocimientos adquiridos en este capítulo, seremos capaces de
explicar por qué se añade sal común en las calzadas cuando estas están
heladas. O por qué para recuperar los fluidos corporales de una persona
deshidratada mediante una inyección intravenosa, no puede utilizarse agua
pura sino que debe utilizarse una disolución de una concentración determinada.
La gran mayoría de las reacciones químicas tienen lugar utilizando disoluciones.
Por lo que necesitamos conocer y manejar muy bien este tipo de sistemas y sus
características.
¿Qué conocimientos previos necesitamos?
Necesitamos manejar correctamente el concepto de mezcla homogénea, el de
concentración de una disolución y los cálculos que de ella se pueden derivar, así
como los conceptos termodinámicos estudiados en el tema 2.
Disoluciones, dispersiones
coloidales y geles
Se llama sistema disperso aquel en el que uno o más componentes se
encuentran finamente repartidos en otro componente de manera que se forme
una mezcla homogénea, es decir, que el sistema tenga las mismas propiedades
en cualquier punto del mismo.
A los componentes que se encuentran finamente repartidos se les denomina
fase dispersa, mientras que el componente en que se encuentran dispersos
se denomina medio de dispersión. Tanto la fase dispersa como el medio de
dispersión pueden estar en fase sólida, líquida o gaseosa.
Tipos de sistemas dispersos
• Sistemas dispersos groseros: cuando el tamaño de las partículas es
superior a 10000 Å.
• Sistemas dispersos coloidales: En los que el tamaño de las partículas está
comprendido entre 10000 y 100 Å.
• Sistemas dispersos moleculares: En los que el tamaño de las partículas es
inferior a 100 Å.
Coloides
Nanopartículas de distintas
formas: cilíndrica, discos,
esferas.
Las partículas pueden
permanecer suspendidas de
forma indefinida:
La leche es un material
coloidal.
La fuerza iónica creciente
puede provocar la precipitación.
Geles
Disoluciones verdaderas
Son sistemas dispersos homogéneos, en los que la fase dispersa tiene
dimensiones inferiores a 100 Å.
Los componentes de una disolución se denominan soluto y disolvente.
El soluto es la sustancia que se disuelve y, generalmente, es el componente
que se encuentra en menor cantidad.
El disolvente es la sustancia que actúa como medio de dispersión, determina
el estado de la materia en que se encuentra la disolución y, generalmente, es
el que se encuentra en mayor proporción.
Tipos de disoluciones
TIPO
EJEMPLO
Gas en gas
Aire
Gas en líquido
Amoniaco en agua
Gas en sólido
Hidrógeno en Paladio
Líquido en gas (No es una
disolución verdadera)
Agua en el aire
Líquido en líquido
Alcohol en agua
Líquido en sólido
Mercurio en cobre
Sólido en gas (No es una
disolución verdadera)
Polvo en el aire
Sólido en líquido
Sal en agua
Sólido en sólido
Oro y plata
Solubilidad: Disolución
saturada
La concentración de esta disolución saturada, a una determinada temperatura,
se denomina solubilidad del soluto en el disolvente considerado
Concentración
de soluto
(P, T ctes.)
Sobresaturada
Saturación
Insaturada
Expresión de la concentración
de una disolución
Forma de expresión
Definición
ppm (partes por millón)
1 mg soluto / L disolución
ppb (partes por billón)
1 mg soluto / L disolución
ppt (partes por trillón)
1 ng / L disolución
% en peso
(g soluto / g disolución) x 100
% volumen
(g soluto/ mL disolución) x 100
Fracción molar (xi)
Xi = ni / nT
Normalidad (N)
N = equivalentes de soluto / L
disolución
Molalidad (m)
M = moles de soluto / 1 kg
disolvente
Disoluciones de sólidos en
líquidos
Proceso de disolución
¿Por qué algunas sustancias se mezclan para formar disoluciones y otras no?
¿Por qué el agua no forma disoluciones con la gasolina?
La respuesta nos la da el análisis de las variaciones energéticas que acompañan al
proceso de disolución.
∆Gdisolución = ∆Hdisolución - T ∆Sdisolución
Proceso de disolución
∆Hb
Soluto
Disolvente
∆Hc
+
Soluto
∆Ha
Disolvente
Endotérmico
∆Hdisolución > 0
∆Hdisolución = 0
+
Disolvente
Exotérmico
Soluto
∆Hdisolución < 0
Disolución
∆Hdisolución = ∆Ha + ∆Hb + ∆Hc
• La magnitud de ∆Ha, ∆Hb y ∆Hc dependen de las fuerzas intermoleculares.
•Disolución ideal:
–Las fuerzas son similares entre todas las combinaciones de los componentes
∆Hsol = 0
•Las fuerzas de adhesión exceden a las fuerzas de cohesión
∆Hsol < 0
Ejemplo: acetona - cloroformo
•Las fuerzas de adhesión son inferiores a las fuerzas de cohesión
∆Hsol > 0
Ejemplo: acetona - disulfuro de carbono
•Al límite estas disoluciones son heterogéneas.
Electrolitos
• Disoluciones que conducen la corriente eléctrica. Sustancias iónicas
• Proceso
de disolución en tres etapas
• Romper las atracciones entre los iones. Endotérmico
NaCl(s)
Na+(g) + Cl-(g)
∆H1 = - ∆Hred > 0
• Romper las atracciones entre las moléculas de disolvente. Despreciable.
∆Hhidratación < 0
• Hidratación de los iones. Exotérmico
Na+(g) H2O
Cl-(g)
H2O
• Proceso global NaCl(s)
Na+(ac)
∆Hhidratación(Na+) < 0
Cl-(ac)
∆Hhidratación(Cl-) < 0
Na+(ac) + Cl-(ac)
∆Hdisolución = (-∆Hred) + ∆Hhidratación(Na+) + ∆Hhidratación(Cl-) = + 5 kJ/mol
Consecuencias:
• Cuanto mayor sea la energía de red de sólido, menor será su solubilidad.
• Cuanto mayor sea la energía de hidratación de los aniones y cationes, mayor será
la solubilidad del sólido.
El proceso de disolución de un sólido es un proceso de superficie.
Proceso de disolución de un
sólido iónico
Solubilidad y Temperatura
La agitación y el grado de división del sólido aumentan la VELOCIDAD de
disolución, pero no la solubilidad de sólido.
La solubilidad de un sólido en un determinado disolvente sólo depende de la
TEMPERATURA.
Si el proceso de disolución es ENDOTÉRMICO
Energía + soluto
Disolución
Desplazamiento del equilibrio
Comunico energía (calor)
La solubilidad del sólido aumenta al aumentar la temperatura.
Si el proceso de disolución es EXOTÉRMICO, la solubilidad del sólido
disminuye al aumentar la temperatura.
Regla de solubilidad de
compuestos iónicos
Compuestos solubles
Compuestos insolubles
Compuestos de los elementos del
grupo 1
Carbonatos (CO32-), cromatos (CrO42), oxalatos (C2O42-) y fosfatos (PO43-)
excepto los de los elementos del
grupo 1 y NH4+
Compuestos de amonio (NH4+)
Sulfuros (S2-), excepto los de los
elementos del grupo 1 y 2 y NH4+
Cloruros (Cl-), bromuros (Br-) y
yoduros (I-), excepto los de Ag+,
Hg22+ y Pb2+
Hidróxidos (OH-) y óxidos (O2-),
excepto los de los elementos del
grupo 1 y 2
Nitratos (NO3-), acetatos (CH3COO-),
cloratos (ClO3-) y percloratos (ClO4-)
Sulfatos (SO42-), excepto los de Ca2+,
Sr2+, Ba2+, Pb2+, Hg22+, Ag+
Disoluciones de líquidos en
líquidos
Miscibilidad: representa la capacidad de un líquido para disolverse
en otro y formar una mezcla homogénea.
• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto son
semejantes, los líquidos son completamente miscibles en cualquier
proporción. Ejemplos: agua y metanol; benceno y hexano.
• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto son
muy diferentes, los líquidos son completamente inmiscibles.
Ejemplos: agua y aceite.
• Si las interacciones disolvente - disolvente y soluto - soluto no son
muy diferentes, los líquidos son parcialmente miscibles.
Ejemplos.
Sistema fenol - agua
T (ºC)
80
En el punto A
MISCIBLE
C
70
L1'
T2
60
fenol en agua
agua en fenol
A
L2'
L1
T1
L2
INMISCIBLE
50
0
L1
50
% fenol
L1'
Cantidad de L1'
Cantidad de
L2'
=
L2'
L2 100
Distancia AL2'
Distancia AL1'
Sistema éter etílico - agua
T ºC
A
INMISCIBLES
2 FASES
MISCIBLES
1 FASE
L1 '
L1
% éter etílico
Sistema nicotina - agua
Solubilidad relativa. Coeficientes
de reparto
Fase I, cI
Fase II, cII
cI
cII
=
sI
sII
=K
Extracción de bromo con
disulfuro de carbono
K = 76,4
Una operación
con 50 mL
Dos operaciones
con 25 mL
Cinco operaciones
con 10 mL
% bromo
recuperado
79,20
88,15
94,15
Disoluciones de gases en
líquidos
Efecto de la Temperatura
• La mayoría de los gases son menos solubles en
agua a medida que aumenta la temperatura.
• En los disolventes orgánicos suele ocurrir lo
contrario.
Efecto de la Presión
Ley de Henry
A temperatura constante, la solubilidad de un gas es directamente proporcional
la presión parcial del gas en la fase gaseosa.
C = k Pgas
Coeficiente de solubilidad: es el volumen en condiciones normales que se disuelve
en la unidad de volumen del líquido y referido a la presión parcial de 1 atmósfera.