Propiedades Coligativas Fisicoquímica PDF - Septiembre 2024 - Febrero 2025

Fisicoquímica PERÍODO ORDINARIO SEPTIEMBRE 2024 - FEBRERO 2025 TERCERA UNIDAD Santiago Casado Rojo, PhD [email protected]  General propiedades coligativas 1 LO: Si en la interfaz entre el líquido y el vapor hay un soluto, ¿la presión de vapor se reducirá o au...

Fisicoquímica PERÍODO ORDINARIO SEPTIEMBRE 2024 - FEBRERO 2025 TERCERA UNIDAD Santiago Casado Rojo, PhD [email protected]  General propiedades coligativas 1 LO: Si en la interfaz entre el líquido y el vapor hay un soluto, ¿la presión de vapor se reducirá o aumentará? LO: ¿Y el punto de ebullición?  General propiedades coligativas 2 Cuando uno de los constituyentes de una disolución es mucho más abundante que los restantes, se dice que la disolución es diluida. Al más abundante se le denomina disolvente y al resto solutos. Las propiedades coligativas son propiedades de una disolución que dependen sólo de la concentración de las partículas de soluto.  General propiedades coligativas 3 La función de distribución de velocidades (clásica: Maxwell-Boltzmann) Al aumentar la temperatura, aumenta el área A sin cambiar la velocidad umbral, la cual depende de las fuerzas inter-individualidad. L -> V V -> L A A En equilibrio de fases, misma área A.  Ley de Raoult La disminución relativa de la presión de vapor depende exclusivamente de la relación entre los números de moles del soluto y del disolvente, sin importar su naturaleza. Sales Todo tipo de substancias 𝑁 𝑛𝐴 𝑛𝐵 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟; ∝ 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟;𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟;𝐴 + 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟;𝐵 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝐴 +𝑛𝐵 𝑛𝐴 +𝑛𝐵 𝑛+𝑁 𝑛 = 0 ⇒ 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟; 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟; 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑁 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟; 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟; 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛+𝑁 ∆𝑃 𝑛 = 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟; 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛+𝑁 LO: ¿Cuándo añadir el azúcar?  Desviaciones de la ley de Raoult Si una disolución cumple la ley de Raoult, se dice que es una disolución ideal. ¿Por qué ese nombre? LO. Ejemplo: no-polar con no-polar. 𝐶6 𝐻14 − 𝐶5 𝐻12 Desviación positiva: la presión de vapor de la solución es mayor que la ideal. Asociado a cambios endotérmicos. LO: ¿Cómo se explica? Ejemplo: polar con no-polar: 𝐶𝐻3 𝑂𝐻 − 𝐶6 𝐻14. Desviación negativa: la presión de vapor de la solución es menor que la ideal. Asociado a cambios exotérmicos. LO: ¿Cómo se explica? Ejemplo: polar con polar: 𝐶𝐻3 𝑂𝐻 − 𝐻2 𝑂.  Ley de Henry Si la disolución es muy diluida porque hay poca solubilidad y la ley de Raoult no se cumple exactamente. Sin embargo, se cumple la ley de Henry: 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 +𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐾𝐻; 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 , de donde 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 +𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = = ≃ 𝐾𝐻−1 𝑘′𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 +𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Es un extremo de la desviación positiva de la ley de LO: ¿Qué pasa en los océanos si baja la 𝑃? Raoult. Intercambiando soluto por solvente en la ley de Raoult, y la presión de vapor de la disolución por una constante, 𝐾𝐻; 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜. LO: ¿Y si aumenta la 𝑇? (Cambio climático.)  Otras propiedades coligativas 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 Aumento ebulloscópico: Δ𝑇 ∝ 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑇𝑒𝑏𝑢𝑙𝑙𝑖𝑐𝑖ó𝑛; 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 − 𝑇𝑒𝑏𝑢𝑙𝑙𝑖𝑐𝑖ó𝑛;𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑖𝐾𝑒𝑏 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 Descenso crioscópico: Δ𝑇 ∝ LO: ¿Qué pasa si bebemos mucha agua, o agua 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 destilada? LO: ¿Qué pasa si aumenta la temperatura? 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑔; 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑔; 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑖𝐾𝑐𝑜𝑛𝑔 LO: ¿Por qué tenemos fiebre cuando nos 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 enfermamos? 𝑖 es el índice de Van’t Hoff, relacionado con el grado de disociación del electrolito. Determina, básicamente, cuántos núcleos del soluto contribuyen a cambiar las fuerzas inter-individualidad.  Efecto coligativo 1 Una solución generalmente tiene un punto de ebullición que es más elevado que el del líquido puro y un punto de congelación que es más bajo. Esta es la base para poner sal (o gravilla) en las carreteras heladas en invierno, para bajar el punto de congelación lo suficiente como para que el hielo se encuentre por encima de su nuevo punto de congelación y vuelva al estado líquido. Se ha reducido el potencial químico en comparación con el del disolvente.  Efecto coligativo 2 El punto de fusión depende únicamente de la cantidad de moléculas de soluto. En los helados el soluto que deprime el punto de congelación es el azúcar (sacarosa). El helado se congela a una temperatura más baja que el agua porque el azúcar y la grasa de la mezcla impiden la formación de cristales de hielo. Se necesita una temperatura más fría para que el agua del helado se congele Como resultado, el punto de congelación de la solución restante se reduce aún más. Casi el 20 % del agua puede seguir siendo líquida a -25 ° C  Aplicación de propiedades coligativas a sistemas biológicos Presión osmótica: hay un aumento de presión por el hecho de añadir un soluto no volátil a un disolvente puro separado por una membrana semipermeable, que es proporcional al número de moléculas contenidas en la unidad de volumen, y a la 𝑛 temperatura: Π = 𝑖 𝑅𝑇, con 𝑖 el índice de Van’t Hoff. 𝑉 Balance en la presión osmótica: Tipo de Solución Solución Solución célula hipertónica: el Isotónica Hipotónica: movimiento de El agua provoca el agua ocurre ingresa y sale movimiento hacia fuera de de la célula. de agua la célula. hacia dentro de la célula. Animal CRENACIÓN EQUILIBRIO CITÓLISIS Vegetal PLASMÓLISIS FLÁCIDA TURGENTE  Aplicación de propiedades coligativas a sistemas biológicos Diálisis: en medicina, la diálisis se usa principalmente para proporcionar un reemplazo artificial para la función renal perdida en personas con insuficiencia renal. Las sustancias en el agua que pueden atravesar la membrana tienden a moverse de un área de alta concentración a un área de baja concentración. La hemodiálisis elimina los desechos y el exceso de agua de la sangre.  Aplicación de propiedades coligativas en la vida cotidiana Evitar el congelamiento de líquidos dentro de tuberías y del agua del radiador de automóvil. ¿Cómo? Crear soluciones nutrientes para regadíos de vegetales. Desalinizar el agua de mar.  EJERCICIOS 1. El etilenglicol (HOCH2CH2OH), es el ingrediente principal en el anticongelante automotriz comercial, aumenta el punto de ebullición del fluido del radiador al disminuir su presión de vapor. A 100°C, la presión de vapor del agua pura es de 760 mmHg. Calcular la presión de vapor de una solución acuosa que contiene 30.2% de etilenglicol en masa, concentración comúnmente utilizada en climas que no se enfrían extremadamente en invierno. 2. Consideremos una solución formada por 1 mol de Benceno y 2 moles de Tolueno. El Benceno presenta una presión de vapor (P°) de 75 mmHg y el Tolueno una de 22 mmHg a 20°C. Como se ve el benceno es el más volátil debido a que tiene una presión de vapor puro (P°) mayor que la del tolueno. Cuál es la presión total de la solución. 3. La presión de vapor sobre el agua pura a 120°C es 1480 mmHg. Si se sigue la Ley de Raoult ¿Que fracción de etilenglicol debe agregarse al agua para reducir la presión de vapor de este solvente a 760 mmHg? 4. La presión de vapor del metanol puro es 159,76 mmHg. Determinar la fracción molar de glicerol (soluto no electrólito y no volátil) necesario para disminuir la presión de vapor a 129,76 mmHg. 5. La presión de vapor de agua pura a 26°C es 25,21 mmHg. Calcule la presión de vapor de una disolución preprarada con 20 g de glucosa (C6H12O6) y 70g de agua. 6. ¿Cuál es la presión osmótica (atm) de una solución 0,30 M de glucosa en agua que se utiliza para perfusión intravenosa a temperatura corporal, 37 °C?