Departamento de Ciencia y Tecnología

QUIMICA 1Comisión B

Dra. Silvia Alonso (salonso@unq.edu.ar)

Lic. Evelina Maranzana (emaran@unq.edu.ar)

1. Disoluciones. Dispersiones coloidales y geles.

2. Concentración de las disoluciones. Formas de ex presarla.

3. Disoluciones de sólidos en líquidos. Proceso de disolución.

4. Solubilidad. Disolución saturada.

5. Electrolitos. Reglas de solubilidad de compuest os iónicos en agua.

6. Solubilidad relativa. Coeficientes de reparto.

7. Disoluciones de gases en líquidos. Ley de Henry .

8. Disoluciones de líquidos en líquidos.

CONTENIDOS

¿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 aguapura 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, asícomo los conceptos termodinámicos estudiados en el tema 2.

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.

Disoluciones, dispersiones coloidales y geles

• 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 estácomprendido entre 10000 y 100 Å.

• Sistemas dispersos moleculares: En los que el tamaño de las partículas es inferior a 100 Å.

Tipos de sistemas dispersos

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.

Coloides

Geles

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.

Disoluciones verdaderas

Oro y plataSólido en sólido

Sal en aguaSólido en líquido

Polvo en el aireSólido en gas (No es una disolución verdadera)

Mercurio en cobreLíquido en sólido

Alcohol en aguaLíquido en líquido

Agua en el aireLíquido en gas (No es una disolución verdadera)

Hidrógeno en PaladioGas en sólido

Amoniaco en aguaGas en líquido

AireGas en gas

EJEMPLOTIPO

Tipos de disoluciones

La concentración de esta disolución saturada, a una determinada temperatura,

se denomina solubilidad del soluto en el disolvente considerado

Solubilidad: Disolución saturada

Concentración de soluto(P, T ctes.)

Insaturada

Sobresaturada

Saturación

M = moles de soluto / 1 kgdisolvente

Molalidad (m)

N = equivalentes de soluto / L disolución

Normalidad (N)

Xi = ni / nTFracción molar (xi)

(g soluto/ mL disolución) x 100% volumen

(g soluto / g disolución) x 100% en peso

1 ng / L disoluciónppt (partes por trillón)

1 mg soluto / L disoluciónppb (partes por billón)

1 mg soluto / L disoluciónppm (partes por millón)

DefiniciónForma de expresión

Expresión de la concentración de una 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

Disoluciones de sólidos en líquidos

Proceso de disolución

Disolvente Soluto

+

Disolvente

Soluto∆Ha

+

Disolvente Soluto

∆Hb

∆Hc

Endotérmico∆Hdisolución > 0

∆Hdisolución = 0

Exotérmico

∆Hdisolución < 0

Disolución

Proceso de 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.

• 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.

• Hidratación de los iones. Exotérmico ∆Hhidratación < 0

Na+(g) Na+

(ac) ∆Hhidratación(Na+) < 0

Cl-(g) Cl-(ac) ∆Hhidratación(Cl-) < 0

• Proceso global NaCl(s) Na+(ac) + Cl-(ac)

∆Hdisolución = (-∆Hred) + ∆Hhidratación(Na+) + ∆Hhidratación(Cl-) = + 5 kJ/mol

H2O

H2O

Electrolitos

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 serála solubilidad del sólido.

El proceso de disolución de un sólido es un proceso de superficie.

Proceso de disolución de un sólido iónico

La agitación y el grado de división del sólido aumentan la VELOCIDAD dedisolución, pero no la solubilidad de sólido.

La solubilidad de un sólido en un determinado disolvente sólo depende de laTEMPERATURA.

Si el proceso de disolución es ENDOTÉRMICO

La solubilidad del sólido aumenta al aumentar la temperatura.

Energía + soluto Disolución

Comunico energía (calor)

Desplazamiento del equilibrio

Solubilidad y Temperatura

Si el proceso de disolución es EXOTÉRMICO, la solub ilidad del sólidodisminuye al aumentar la temperatura.

Sulfatos (SO42-), excepto los de Ca2+,

Sr2+, Ba2+, Pb2+, Hg22+, Ag+

Nitratos (NO3-), acetatos (CH3COO-),

cloratos (ClO3-) y percloratos (ClO4

-)

Hidróxidos (OH-) y óxidos (O2-), excepto los de los elementos del

grupo 1 y 2

Cloruros (Cl-), bromuros (Br-) y yoduros (I-), excepto los de Ag+,

Hg22+ y Pb2+

Sulfuros (S2-), excepto los de los elementos del grupo 1 y 2 y NH4

+Compuestos de amonio (NH4

+)

Carbonatos (CO32-), cromatos (CrO4

2-

), oxalatos (C2O42-) y fosfatos (PO4

3-) excepto los de los elementos del

grupo 1 y NH4+

Compuestos de los elementos del grupo 1

Compuestos insolublesCompuestos solubles

Regla de solubilidad de compuestos iónicos

Miscibilidad : representa la capacidad de un líquido para disolverseen 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.

Disoluciones de l íquidos en líquidos

0 50 100% fenol

50

60

70

80

T (ºC)

L1 L1' L2

L2'

L1

L1'

L2

L2'

C

MISCIBLE

INMISCIBLE

T1

T2

A

En el punto A

fenol en aguaagua en fenol

Cantidad de L1'

Cantidad de L2'

=Distancia AL2

'

Distancia AL1'

Sistema fenol - agua

INMISCIBLES 2 FASES

MISCIBLES 1 FASE

A

L1 L1'

% éter etílico

T ºC

Sistema éter etílico - agua

Sistema nicotina - agua

Fase I, cI

Fase II, cII

cI

cII

=sI

sII= K

Solubilidad relativa. Coeficientes de reparto

94,1588,1579,20% bromo recuperado

Cinco operaciones con 10 mL

Dos operaciones con 25 mL

Una operación con 50 mL

K = 76,4

Extracción de bromo con disulfuro de carbono

• La mayoría de los gases son menos solubles en

agua a medida que aumenta la temperatura.

• En los disolventes orgánicos suele ocurrir lo contrario.

Disoluciones de gases en líquidosEfecto de la Temperatura

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.

Efecto de la Presión