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Qumica General: Doctorado en Medicina Ciclo I-2015. Universidad
de El Salvador
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y
MATEMATICA
ESCUELA DE QUIMICA
UNIDAD IV DISOLUCIONES
QUIMICA GENERAL: DOCTORADO EN MEDICINA
CICLO I / 2015 OBJETIVO GENERAL:
El objetivo de esta unidad es que los estudiantes comprendan y
analicen lo que son las
disoluciones, los factores que las afectan y cmo se clasifican;
as como aplicar los
conocimientos sobre unidades de concentracin fsicas y qumicas,
resolviendo
problemas relativos a stas; y adems, distinguir entre disolucin
saturada, no saturada,
sobresaturada, diluida y concentrada, en funcin de la
solubilidad.
1.0 Introduccin. El estudio de las disoluciones es muy
importante ya que por medio de
estas se verifican las reacciones qumicas mucho ms rpido, debido
a que los
componentes se encuentran a nivel microscpico, garantizando
mayor superficie de
contacto entre los componentes que se quieren hacer reaccionar.
Tambin son de suma
importancia porque nuestro organismo est constituido en su gran
mayora por
disoluciones.
1.1. Componentes de una disolucin: Una disolucin esta formada
por una sustancia
llamada soluto y otra llamada solvente
Soluto: Es aquel componente de la disolucin que generalmente se
encuentra en menor
proporcin y corresponde a la sustancia que se disuelve.
Solvente: Es aquel componente de la disolucin que generalmente
se encuentra en
mayor proporcin y corresponde a la sustancia que disuelve al
soluto.
1.2. Concentracin: es la cantidad de soluto disuelta en una
cantidad determinada de
disolvente.
1. 3. Concepto de disolucin.
Una disolucin es una mezcla homognea formada por dos o ms
sustancias, que no
reaccionan entre s. Toda disolucin est formada por una fase
dispersa llamada soluto y
un medio dispersante denominado disolvente.
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1.4. TIPOS DE DISOLUCIONES
Dependiendo de la naturaleza de las fases, las disoluciones
pueden ser:
Slidas Lquidas Gaseosas
DISOLUCIN SOLUTO DISOLVENTE EJEMPLOS
Gaseosa Gas Gas Aire (N2, O2, He)
Lquida Lquido Lquido Alcohol en H2O
Lquida Gas Lquido O2 en H2O, CO2 en H2O
Lquida Slido Lquido NaCl en H2O
Slida Lquido Slido Hg/Ag (amalgama)
Slida Slido Slido Zn/Cu (Latn)
Slida Gas Slido Hidrgeno en Paladio
2.0. Caractersticas de las disoluciones
a) Presentan una sola fase, es decir, son homogneas y su
composicin qumica es
variable
b) Las propiedades qumicas de los componentes de una disolucin
no se alteran.
c) Las propiedades fsicas de la disolucin son diferentes a las
del solvente puro: la
adicin de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullicin,
disminuye su
punto de congelacin, y la presin de vapor de ste.
d) La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se
encuentran en proporciones
que varan entre ciertos lmites. Normalmente el disolvente se
encuentra en mayor
proporcin que el soluto, aunque no siempre es as.
e) Sus propiedades fsicas dependen de la cantidad de soluto:
Ejemplo
Una disolucin HCl (cido clorhdrico) 12 mol / L tiene una
Densidad = 1,18 g/cm3
Una disolucin HCl (cido clorhdrico) 6 mol / L tiene una Densidad
= 1,10 g/cm3
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f) Sus componentes pueden separarse por cambios de fases como:
fusin,
evaporacin, condensacin, destilacin, cristalizacin y tambin por
cromatografa.
g) Son totalmente transparentes, es decir, permiten el paso de
la luz, acepcin de las
disoluciones slido.
h) Sus componentes no pueden separarse por mtodos fsicos simples
como
decantacin, filtracin, centrifugacin, etc.
i) i) Si se dejan en reposo durante un tiempo, las fases no se
separan ni se observa
sedimentacin, es decir las partculas no se depositan en el fondo
del recipiente.
2.1. Proceso de disolucin.
Las disoluciones se forman cuando las fuerzas de atraccin entre
el soluto y el disolvente
son de magnitud comparable con la atraccin entre partculas de
soluto partculas del
solvente.
La disolucin comprende dos procesos.
i. Solvatacin - interaccin entre el soluto y molculas del
disolvente (diferente al agua). ii. Hidratacin interaccin entre el
soluto y molculas de agua.
Hidratacin
La formacin de una solucin requiere cambios energticos para la
separacin de
molculas entre soluto-soluto y/o disolvente -disolvente y la
interaccin entre molculas
soluto disolvente, o sea:
a) Interaccin soluto soluto (energa reticular) b) Interaccin
solvente solvente c) Interaccin soluto solvente (energa de
solvatacin)
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2.2. Clasificacin de disoluciones slido liquido.
Por su contenido de soluto las disoluciones se pueden clasificar
como:
a) Disolucin insaturada. Disolucin que contiene una cantidad
menor de soluto que la
que contiene una disolucin saturada a una temperatura
determinada en esta disolucin
la fase dispersa (soluto) y la fase dispersante (solvente) no
estn en equilibrio a esa
temperatura; es decir, puede admitir ms soluto hasta alcanzar su
grado de saturacin.
Ej.: a 25C, 100 g de agua disuelven 37,5 g de NaCl, es decir, a
la temperatura dada, una
disolucin que contengan 20 g NaCl en 100 g de agua, es una
disolucin no saturada.
b) Disolucin saturada: Es la disolucin que contiene la mxima
cantidad de soluto que
se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una
temperatura determinada, en
esta disolucin hay un equilibrio entre la fase dispersa y la
disolucin, ya que a la
temperatura que se tome en consideracin, el solvente no es capaz
de disolver ms
soluto. Ej.: una disolucin acuosa saturada de NaCl es aquella
que contiene 37,5 g
disueltos en 100 g de agua 25C.
Si intentamos disolver 38 g de sal en 100 g de agua, slo se
disolvera 37.5 g y los 0.5 g
restantes permanecern en el fondo del vaso sin disolverse.
d) Disolucin sobresaturada: disolucin que contiene mayor
cantidad de soluto que una
disolucin saturada a una temperatura determinada. Esta disolucin
es inestable, ya que
contiene disuelto ms soluto que el permitido para esa
temperatura dada. Para preparar
este tipo de disolucin se agrega soluto en exceso, a elevada
temperatura y luego se
enfra el sistema lentamente. Esta disolucin es inestable, porque
al aadir un cristal muy
pequeo del soluto, o cualquier impureza induce la precipitacin;
de igual manera sucede
con una disminucin brusca en la temperatura.
Disolucin: Insaturada Saturada Sobresaturada
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Tambien las disoluciones se pueden clasificar segn la cantidad
relativa de soluto y
disolvente; tratndose as de una clasificacin cualitativa.
Disoluciones diluidas: cuando la proporcin del soluto con
respecto al disolvente
es muy pequea.
Disoluciones concentradas: cuando la proporcin del soluto con
respecto al
disolvente es alta.
Diluido Concentrado
La figura anterior puede comprenderse a partir de las diferentes
intensidades del color.
3.0. Expresar el concepto de solubilidad
La solubilidad es una medida de la mxima cantidad de soluto que
se disuelve en
una cantidad definida de disolvente a una temperatura
determinada.
3.1. Factores que afectan la solubilidad:
a) Naturaleza del soluto y del disolvente. Las sustancias inicas
y covalentes
polares son solubles en otras sustancias polares, las sustancias
no polares o apolares
son solubles en sustancias no polares (lo semejante disuelve a
lo semejante).
b) Temperatura: Al aumentar la temperatura se favorece el
movimiento de las
molculas y hace que la energa de las partculas del slido sea
alta y puedan
abandonar su superficie disolvindose. Para la mayor parte de los
slidos disueltos en
un lquido al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad; por
otra parte, la
solubilidad de los gases en los lquidos disminuye al aumentar la
temperatura.
c) Presin: En el caso de disoluciones donde el soluto es un gas
y el solvente un
lquido, la solubilidad del gas es directamente proporcional a la
presin de ese gas
sobre la disolucin. A mayor presin mayor solubilidad del gas en
la disolucin.
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3.2. Factores que afectan la velocidad de disolucin
a) Tamao de partculas. Para que un slido se disuelva en un
disolvente, la superficie
del slido debe estar en contacto con el disolvente; y los
cristales ms pequeos tienen
mayor superficie de contacto por lo que se disuelven con mayor
rapidez. A mayor
superficie de contacto mayor velocidad de disolucin.
b) Temperatura: En la mayor parte de los casos la velocidad de
disolucin de un slido
aumenta con la temperatura, incrementando la energa cintica de
las molculas y como
consecuencia, a mayor temperatura mayor velocidad de
disolucin.
c) Grado de agitacin o mezclado: el efecto de la agitacin o
mezclado es un proceso
cintico. A mayor agitacin de un slido en un lquido mayor ser la
velocidad de
disolucin, aumentndose as la energa cintica de las partculas en
la disolucin.
d) Concentracin: cuando pequeas cantidades de soluto se agregan
al disolvente, la
velocidad de disolucin es mayor. A medida que la concentracin de
la disolucin
aumenta y se acerca ms a la saturacin, la velocidad de disolucin
disminuye
significativamente.
4.0. Formas de expresar la concentracin y sus unidades
Unidades fsicas de concentracin: %p/p, %p/v, %v/v y ppm.
Unidades qumicas de concentracin: Molaridad, Normalidad, molalidad,
osmolaridad.
4.1. Unidades fsicas de concentracin.
Porcentaje peso / peso, % p/p
% p /p =
Gramos de soluto
Gramos de disolucinx 100
Gramos de disolucin = gramos de soluto + gramos de
disolvente
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Ejemplos:
1. Calcule el porcentaje en masa de CaCl2 presente en una
disolucin que contiene 16.5 g de CaCl2 en 456 g de disolucin. 2.
Cuntos gramos de disolvente se requieren para preparar una
disolucin al 20 % en masa de CuSO4 que contenga 80 gramos de
soluto? 3. Cul es el % de soluto y de disolvente en una disolucin
de KOH que se prepara
adicionando 2 g de KOH hasta formar 20 g de disolucin
Porcentaje volumen / volumen (% v/v)
Ejemplos:
1. Calcule el % v / v de una disolucin que contiene 3 mL de
metanol en 220 mL de
disolucin. 2. Encuentre los mL de soluto presentes en 220 mL de
solucin al 5% v/v.
Porcentaje peso sobre volumen, % p/v:
% p / v =
Gramos de soluto
mL de disolucinx 100
Ejemplos:
1. Cul es el % p/v de dextrosa en una disolucin que contiene 10
g de soluto en 80 mL
de disolucin? 2 . Cul es el % p/v de una disolucin de NaOH si en
60 mL de ella hay 3 g de NaOH?
3. Cuantos gramos de HCl hay en 100mL de una disolucin de HCl
que se encuentra en 80% en peso y d = 1.5g / mL? Partes por milln (
ppm ).
Las concentraciones de disoluciones muy diluidas se expresan a
menudo en partes por
milln (ppm) o incluso en partes por billn (ppb). Estas unidades
se emplean con
frecuencia para expresar niveles extremadamente bajos de
sustancias txicas.
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solucinKg
solutomgppm
solucinL
solutomgppm
1g = 1000 mg = 1x106 g
1g = 1x10-3 mg = 1x10-6 g
mg = miligramo g = microgramo
Ejemplo: El lmite federal de plomo en el agua de alcantarilla es
0.015 ppm. Exprese esta concentracin en: a) mg/L y b) ppb
Solucin:
a) La relacin 1 ppm = 1 mg/L proporciona el factor de conversin
idneo.
Se multiplica la cantidad conocida (0.015 ppm) por el factor de
conversin
1 mg/L
1 ppm= 0.015 mg/L0.015 ppm x
b) La conversin a ppb se puede hacer empleando la relacin 1 ppm
= 1000 000 ppb
1 ppm
0.015 ppm x 1 x 106 ppb
= 15000 ppb
Ejercicios Propuestos. 1. Una muestra de disolucin acuosa de 500
mL tiene 4 mg de fluoruro (F). Cuntas
ppm de fluoruro hay en la muestra?
2. Calcule las partes por milln de soluto de cada una de las
siguientes disoluciones:
a) 100 mg de Na+ en 800 mL de disolucin.
b) 2 mg de Al+3 en 2 litros de disolucin.
c) 200 g de NaCl en 300 mL de disolucin.
d) 4 x 103 g de Au en 800 mL de disolucin.
4.2. Unidades Qumicas de concentracin: Molaridad, Normalidad,
molalidad Y Osmolaridad.
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M =n
v
n = numero de moles
V = volumen en litros (L)
Molaridad, (M): Es el nmero de moles de soluto contenido en un
litro de disolucin.
M =Moles de soluto
Litro de disolucin
n =g
masa molar
V( litros) =M
n
Ejemplo.
a) Cuantos gramos de disolucin de cido ntrico concentrado debe
utilizarse para
preparar 250 ml 2.0 M de HNO3, si el cido se encuentra a una
concentracin del 70% en
masa y la densidad de esta disolucin es 1.42 g/ml. Calcular el
volumen que se debe
utilizar
Solucin:
gHNO3 = 250 mL HNO3 x ( 2moles HNO3 ) x (63 g HNO3) x 100 g
disolHNO3
1000 mL HNO3 1 mol HNO3
g HNO3 = 45 g HNO3
a)
b) ml HNO3 = 45.0 g HNO3 x 1 mL HNO3 = 31.7 ml HNO3
1.42 g HNO3
70 g HNO3
Ejercicios:
1. Calcule la molaridad de una disolucin que se prepar
disolviendo 23.4 g de sulfato de
Sodio Na2SO4 en suficiente agua para formar 125 mL de
disolucin.
2. Cuntos gramos de Na2SO4 se requieren para preparar 0.35 L de
Na2SO4 0.50 M?
3. Partiendo de sacarosa slida, C12H22O11, describa cmo
preparara 125 mL de
disolucin de sacarosa 0.15 M.
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Normalidad (N)
Es el nmero de equivalentes de soluto contenidos en un litro de
disolucin, lo cual puede expresarse mediante la siguiente
ecuacin:
Dnde:
# de eq =
Peso eq de sustancia
Gramos de soluto
Para calcular los pesos equivalentes en las sustancias, deber
considerarse la funcin qumica de la que se trate (cidos, bases,
sales, etc.).
1. Cuando se trate de cidos se deber dividir la masa molar del
cido entre el nmero de hidrgenos sustituibles.
a) cido clorhdrico, HCl, Un hidrgeno sustituible
b) cido sulfrico, H2SO4, Dos hidrgenos sustituibles
c) cido fosfrico, H3PO4, Tres hidrgenos sustituibles
Ejemplos.
a) HCl
Peso eq. cidos
Masa molar
Nmero de hidrgenos=
Peso eq. del cido =36.5
g
1eq
mol
= 36.5g
eqmol
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b) H2SO4
Peso eq. cido =Masa molar
# de H
Peso eq. del cido =
98g
mol
2eqmol
g
eq49
c) H3PO4
Peso eq. cido =Masa molar
# de H
Peso eq. del cido
98g
3eq
mol
32.7g
eq
mol
2. Cuando se trate de bases se deber dividir la masa molar de la
base entre el nmero b
de hidroxilos.
a) Hidrxido de sodio, NaOH, Un hidroxilo.
b) Hidrxido de calcio, Ca (OH)2, Dos hidroxilos.
c) Hidrxido de aluminio, Al (OH)3, Tres hidroxilos
Peso eq. bases =Masa molar
Nmero de grupos OH-
Ejemplo.
Peso equivalente del Al(OH)3 = 78 g.mol-1 / 3
equivalente.mol-1
= 26 g/equivalente
3. Cuando se trate de sales deber dividirse la masa molar de la
sal entre la
valencia total del metal.
Peso eq.sales =Masa molar
Valencia
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Ejemplos:
Encuentre el peso Equivalente en las siguientes sustancias.
a) KBr
Peso eq.de salMasa molar
Valencia total del metal
Peso equivalente del KBr = 119 g.mol-1 / 1 equivalente.mol-1
= 119 g/equivalente
b) Ca(NO3)2
Peso equivalente del Ca(NO3)2 = 164 g.mol-1 / 2
equivalente.mol-1
= 82 g/equivalente
c) Al2(SO4)3
Peso equivalente del Al2(SO4)3 = 342 g.mol-1 / 6
equivalente.mol-1
= 57 g/equivalente
Ejemplo:
Encuentre el nmero de equivalentes presentes en 25 g de
Na3PO4.
Solucin:
Paso1. Encontrar el Peso equivalente.
Peso eq.sal
164g
mol
3eq
mol
54.7g
eq
Paso 2. Sustituir el Peso equivalente en la ecuacin.
#eqg soluto
Peso eq.soluto
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#eq25g
54.7g
eq
0.46 eq
Ejemplo:
Encuentre la normalidad de 250 mL de disolucin que contienen 5 g
de Ca (NO3)2. Masa
molar: Ca (NO3)2 = 164 g/mol.
Solucin:
Ecuaciones a utilizar:
Paso 1. Encontrar el Peso eq:
Peso eq.sales =
Masa molar
Valencia total del metal
= 164/2 = 82 g/eq.
Paso 2. Encontrar el #eq.
#eq5g
82g
eq
0.06 eq
Paso 3. Encontrar la Normalidad
N0.06 eq
0.25 L0.24
eq
L
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4.3. Relacin entre M y N
La normalidad se puede relacionar con la molaridad por la
siguiente ecuacin:
Ejemplo:
Calcule la normalidad de una solucin 0.5 M de Na2SO4.
N = M x valencia total del sdio
N = 0.5 mol/L x 2 eq /mol = 1 eq / litro
Calcule la molaridad de una solucin 0.25 N de Na2SO4.
N = M x Valencia total del metal
Despejando M
M = N / Valencia total del metal
M = 0.25 eq/litros / 2 eq /mol = 0.125 mol/litros
Molalidad (m): Es el nmero de moles de soluto contenidos en un
kilogramo
de disolvente.
Ejemplo: Calcular la molalidad de 125 gramos de disolucin de
Na2CO3 preparada con 12.6 gramos de la sal. Masa molar = 106
g/mol.
Solucin:
Gramos de solvente = gramos de disolucin - gramos de soluto =
125 -12.6 = 112.4
gramos = 0.1124 kilogramos de disolvente.
Moles de soluto = 12.6 gramos / 106 gramos/mol = 0.119 moles
m = 0.119 moles / 0.1124 kilogramos = 1.06 molal
N = M x # equivalentes/ mol
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Ejercicios:
1. Calcule la molalidad de las disoluciones acuosas
siguientes:
a) 13.0 g de benceno, C6H6, disuelto en 17.0 g de tetracloruro
de carbono CCl4
b) 5.85 g de NaCl disuelto en 0.240 L de agua.
2. Cuntos gramos de Al2(SO4)3 se necesitan para preparar 87.62 g
de
disolucin 0.016 m.
3. Se prepara una disolucin disolviendo 1.69 g de NaCl en 869 g
de H2O. Cul es la
concentracin molal?
4. Cuntos gramos de AgNO3, se necesitan para preparar 300 cm3
de
solucin 1m?
4.4. Preparacin de disoluciones por dilucin
Mtodo que se utiliza para preparar disoluciones diluidas
partiendo de disoluciones
concentradas, agregando solvente. Se puede hacer uso de
cualquier unidad de volumen y
de cualquier unidad de concentracin, siempre y cuando se
mantengan las mismas
unidades. En el proceso de dilucin la cantidad de soluto
permanece constante. Entonces:
Cantidad de soluto inicial = Cinicial x Vinicial
Cantidad de soluto final = Cf inal x Vf inal Como las cantidades
iniciales y finales de soluto son iguales: Cinicial x Vinicial = Cf
inal x Vf inal
V1C1 = V2C2
V1C1 = volumen y concentracin inicial de la disolucin
V2C2 = volumen y concentracin final de la disolucin
Ejemplo:
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1. Calcule el volumen de cido clorhdrico concentrado, HCl 12.0
M, que se necesitan para preparar 500 mL de una disolucin 2.0 M
Solucin:
Paso 1. Escribir la ecuacin V1C1 = V2C2
Paso 2. Identificar el valor inicial y el final (despus de
diluir)
V1 = ? V2 = 500 mL
C1 = 12.0 M C2 = 2.0 M
Paso 3. Despejar y sustituir los valores apropiados en la
ecuacin
V1 =V2 C2
C1
V1 =500 mL x 2.0 M
12.0 M= 83.3 mL
2. Calcular el volumen necesario para preparar 250 mL de una
disolucin 0.15 N a partir de otra disolucin de cido sulfrico 0. 12
M.
Solucin.
Paso 1. Clculo de la normalidad de la disolucin concentrada:
N = 0,12 mol / litros x 2 equivalente / mol = 0.24 N
Paso 2. V1C1 = V2C2
V1 x 0.24 = 250 x 0.15 V1 = 250 x 0.15 / 0.24 = 156.25 mL Nota.
Este mismo problema se puede resolver si convertimos la Normalidad
inicial a Molaridad. (Compare la respuesta) 6.0. Propiedades
coligativas de las disoluciones
Propiedades Coligativas son aquellas que dependen nicamente de
la cantidad de soluto.
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Las propiedades coligativas son:
a) Descenso de la presin de vapor del disolvente.
b) Elevacin ebulloscpica o aumento en el punto de ebullicin del
solvente.
c) Descenso crioscpico o disminucin en el punto de congelacin
del sovente.
d) Presin osmtica.
Disminucin de la presin de vapor del disolvente.
La presin de vapor de un disolvente es la presin parcial que
ejerce un vapor sobre un
lquido. La presin de vapor de un disolvente desciende cuando se
le aade un soluto no
voltil. ste efecto es el resultado de dos condiciones:
1. La disminucin del nmero de molculas del disolvente en la
superficie libre.
2. La aparicin de fuerzas atractivas entre las molculas del
soluto y las molculas
del disolvente, dificultando su paso a vapor.
Nota: Cuanto ms soluto aadimos, menor es la presin de vapor
observada.
Elevacin ebulloscpica o aumento en el punto de ebullicin
La temperatura de ebullicin de un lquido es aqulla a la cual su
presin de vapor iguala
a la presin atmosfrica.
Cualquier disminucin en la presin de vapor del solvente (como al
aadir un soluto no
voltil) har necesario el incremento de la temperatura para poder
igualar la presin de
vapor de la disolucin con la presin atmosfrica. La elevacin de
la temperatura de
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ebullicin es proporcional a la fraccin molar del soluto
agregado. Este aumento en la
temperatura de ebullicin (Te) viene expresado por la siguiente
ecuacin:
Te = Ke m
Este ascenso en el punto de ebullicin, puede observarse en el
grfico. La constante ebulloscpica (Ke) es caracterstica de cada
disolvente (no depende de la
naturaleza del soluto) y para el agua su valor es 0,52 C/m,
donde m es la molalidad.
Esto significa que una disolucin 1 molal de cualquier soluto no
voltil en agua manifiesta
una elevacin ebulloscpica de 0,52 C.
Valores de Constante Ebulloscpica para diferentes solventes:
Descenso crioscopico o disminucin en el punto de congelacin
La temperatura de congelacin de las disoluciones es ms baja que
la temperatura de
congelacin del disolvente puro (Ver Figura). La congelacin se
produce cuando el estado
de agregacin del lquido se iguala al estado de agregacin del
slido. Llamando Tc al
descenso crioscpico y m a la concentracin molal del soluto, se
cumple que:
Solventes Ke (C/m)
Agua (H2O) 0,52
Benceno (C6H6) 2,53
CCl4 5,02 Etanol (C2H5OH) 1,22
Cloroformo (CHCl3) 3,63
Consecuencia de la
disminucin de la presin de vapor
la temperatura de ebullicin
de la disolucin es mayor
que la del disolvente puro.
Tc = Kc m
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Este descenso en el punto de congelacin, puede observarse en el
grfico:
Siendo Kc la constante crioscpica del disolvente. Para el agua,
este valor es 1,86
C/m. Esto significa que las disoluciones 1molal de cualquier
soluto en agua congelan a -
1,86 C.
Constantes crioscpicas para diferentes solventes:
Osmosis y Presin osmtica La smosis es un fenmeno que sucede
cuando dos disoluciones de diferente
concentracin estn separadas por una membrana semipermeable; el
disolvente migra
desde la disolucin de baja concentracin hacia la disolucin de
alta concentracin,
pasando a travs de la membrana semipermeable.
Una membrana semipermeable permite que slo ciertas molculas
pequeas de solvente
pasen a travs de ella, pero restringe el movimiento de molculas
ms grandes. En la
mayora de los casos las molculas pequeas, tales como el agua,
experimentan
smosis.
Solventes Kc (C/m)
Agua (H2O) 1,86
Benceno (C6H6) 5,12
Etanol (C2H5OH) 1,99
cido actico (CH3COOH) 3,90
Naftaleno (C10H8) 6,90
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La figura a continuacin muestra una disolucin de NaCl separada
del disolvente por una
membrana semipermeable, que permite el paso del agua pero no de
la sal, el agua tiende
a atravesar la membrana, pasando de la disolucin ms diluida a la
ms concentrada.
El equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana
se igualan las
concentraciones, ya que el flujo neto de agua se detiene.
.
Analicemos la smosis y presin osmtica con el ejemplo
siguiente:
La Figura a) muestra volmenes iguales de dos disoluciones de
NaCl, separadas por una
membrana semipermeable. En el lado derecho hay una disolucin de
NaCl 1.0 M y en el
izquierdo una disolucin 0.50 M de NaCl. Durante la smosis el
agua fluye de la
disolucin ms diluida (0.50 M) a la disolucin ms concentrada (1.0
M), hasta que las
concentraciones de las dos disoluciones sean iguales: Figura b)
NaCl 0.75 M. Esto es
debido a la existencia de una diferencia de presin de vapor
entre las dos disoluciones. El
equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana se
igualan las
concentraciones, ya que el flujo neto de agua se detiene.
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Presin osmtica
La presin osmtica () de una disolucin es la presin que se
requiere para detener el proceso de la smosis figura c), y es igual
a la presin externa (P).
C) La presin osmtica es directamente proporcional a la
concentracin de partculas en la
disolucin. A medida que aumenta la concentracin de partculas, la
presin osmtica
tambin aumenta.
Matemticamente se puede calcular la presin osmtica por medio de
la siguiente ecuacin:
= M R T
V = nRT. Al despejar = nRT = M RT V Donde M = Molaridad de la
disolucin R = Constante de los gases (0.08206 L (atm)/mol( K) T =
Temperatura absoluta en grados Kelvin Ejemplo: Se midi la presin
osmtica de una disolucin acuosa de una protena con el fin de
determinar su masa molar (Peso molecular). La disolucin contena
3.50 mg de protena
disuelta en suficiente agua para formar 5.00 mL de disolucin. La
presin osmtica de la
disolucin a 25C fue de 1.54 torr.
Calcule la masa molar de la protena.
Anlisis y estrategia:
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Nos dan la temperatura t = 25C y la presin osmtica = 1.54 torr.
La temperatura absoluta ser: K = 273 + C , 273 + 25C = 298 K
= 1.54 torr x torr
atm
760
1= 0.002 atm
Conocemos el valor de R, as que podemos utilizar la ecuacin: V =
nRT
Si = n/V RT entonces = M RT de donde M = RT
Sustituyendo valores:
Masa molar = g /M x L = 0.0035 g / 8.18 x10-5 mol/L x 0.005 L =
8,552 g/ mol Comentario: Las mediciones de la presin osmtica son
una forma excelente para determinar las masas molares de molculas
grandes.
Ejercicio.
Se prepara una muestra de 50.00mL de una disolucin que contiene
1.08 g de una
protena del plasma sanguneo, seroalbmina humana. La disolucin
tiene una presin
osmtica de 5.85 mmHg a 298 K. Cul es la masa molar de la
albmina?. R/ = 6.86
x104 g/mol.
Tonicidad de una disolucin
Debido a que las clulas vivas poseen membranas semipermeables,
la smosis es
importante para mantener el balance adecuado de los fluidos
dentro de la clula.
La smosis no ocurre si la clula est rodeada por una disolucin
que contenga la misma
concentracin de partculas de soluto.
Si comparamos las presiones osmticas de varias disoluciones
podemos encontrar tres casos:
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a) Disoluciones isotnicas. Son aqullas que manifiestan la misma
presin osmtica que la disolucin de referencia.
b) Disoluciones hipotnicas. Son aqullas que manifiestan menor
presin osmtica que
la disolucin de referencia.
c) Disoluciones hipertnicas. Son aqullas que manifiestan mayor
presin osmtica que la disolucin de referencia
La membrana del eritrocito (glbulo rojo) puede considerarse como
una membrana
semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de las
sales. En un medio
isotnico (de igual presin osmtica), el eritrocito permanece
inalterable. Si el eritrocito
se introduce en agua destilada o en un medio hipotnico el agua
atravesar la
membrana hacia el citoplasma, con lo que aumenta el volumen
celular, distendiendo la
membrana hasta que llega un punto en que sta se rompe. Este
fenmeno se conoce con
el nombre de hemlisis. Si el eritrocito se pone en un medio
hipertnico (de mayor
presin osmtica), el agua sale del eritrocito hacia el exterior,
con lo cual su volumen
disminuye, y la membrana se retrae, de forma que ofrece al
microscopio un aspecto
estrellado, a este proceso se le conoce como crenacin.
Medio Isotnico Medio Hipotnico Medio Hipertnico
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Resulta, por tanto, vital para la integridad de la clula que la
presin osmtica del
medio intersticial sea constante.
Osmolaridad (Osm): Es el nmero de osmoles/ litro de
disolucin
La osmolaridad es la medida usada por farmacuticos y mdicos para
expresar la
concentracin total (medida en smoles / litro en vez de en
moles/litro como se hace en
qumica) de sustancias en disoluciones usadas en medicina. El
prefijo "osmo-" indica la
posible variacin de la presin osmtica en las clulas, que se
producir al introducir la
disolucin en el organismo. En un organismo normal la
concentracin est alrededor de
300 miliosm (0.300 osmoles), similar a una solucin al 0,9 % de
NaCl).
Una solucin o disolucin de NaCl 0.1M nos dara 0.1 moles de Na+ y
0.1 moles de Cl-
por litro, siendo su osmolaridad 0.2. Si se inyecta esa
disolucin a un paciente sus clulas
absorberan agua hasta que se alcanzase el equilibrio, provocando
una variacin en la
presin sangunea.
El Osmol se define como un mol de cualquier combinacin de
partculas ionizables.
1 osmol es la cantidad de sustancia que contiene 1 mol de
partculas.
Osm = M x No de partculas ionizables
Unidades: Osm =Osmoles
Litros (L)
Unidades de particulas: =Osmol
Mol
M = Molaridad
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Ejercicio.
Encuentre el nmero de partculas que se producen al disolver en
agua 1 mol de las siguientes sustancias:
Ejercicios
Se tiene una disolucin de cido clorhdrico concentrado, 37 % p/p,
d = 1.19 g/ml.
Calcule la M, N, Osmolaridad y m.