Propiedades físicas de las disoluciones

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE
AMBATO
FACULTAD DE CIENCIAS E
INGENIERÍA DE ALIMETOS
QUÍMICA GENERAL
QUÍMICO LANDER PÉREZ MSc.
Semestre Sep. 2013 – Feb. 2014

PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS DISOLUCIONES
La mayor parte de las reacciones químicas ocurren, no entre sólidos;
líquidos o gases puros, sino entre iones y moléculas disueltos en agua o
en otros disolventes.
Si una sustancia se disuelve en agua u otro disolvente, entonces se forma
una disolución completamente homogénea que tiene en todas sus partes
las mismas propiedades químicas y físicas. Las disoluciones en cuanto a
sus propiedades parecen compuestos químicos. El proceso de disolución
siempre va acompañado de la absorción o desprendimiento de calor y la
variación de volumen.
El estudio de las disoluciones permitió establecer en muchos de ellas la
presencia de los llamados solvatos, es decir, compuestos inestables de los
iones o moléculas de los solutos con las moléculas de los disolventes.

Las disoluciones son mezclas homogéneas en la cual
intervienen el soluto (sustancia) y el disolvente, las mismas que
pueden estar en estado líquido, sólido o gaseoso; en donde sus
componentes son partículas, átomos y moléculas; de tal manera
que el soluto se encuentra en menor cantidad que el disolvente.
Son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos
estados de agregación, en las que las sustancias componentes
están entremezcladas a nivel molecular o iónico.
Ejemplo: El aire de la atmósfera o el agua del mar son ejemplos
de disoluciones.

Cuando se prepara una disolución mezclando dos
sustancias en diferentes fases o estados de agregación, la
sustancia que esta en la misma fase que la disolución
resultante se denomina disolvente y la que se disuelve en
aquella se denomina soluto.
Si las dos sustancias están en la misma fase, se considera
como el solvente al componente presente en mayor
cantidad.

En efecto hay muchas razones para utilizar
disoluciones líquidas de sustancias en lugar de las propias
sustancias en estado puro, así:
• En solución las moléculas o iones de soluto se separan
y comportan como partículas independientes.
• En las soluciones líquidas, las moléculas o iones de
soluto poseen mayor libertad para moverse y difundirse
a través del volumen total del disolvente, permitiendo
que reactivos se mezclen más rápidamente en solución.
• Se demora menos medir cierto volumen, que medir
cierto peso.

En disoluciones acuosas, los compuestos de los iones y
moléculas de sustancias disueltas con las moléculas de
agua se denominan hidratos.
Cuando ciertas sustancias cristalizan a partir de las
disoluciones acuosas, el agua forma con las moléculas de
la sustancia compuestos estables llamados hidratos de
cristales. Por ejemplo; las moléculas de sulfato de cobre
forman con las del agua el CuSO4.5H2O. El agua que
forma parte del hidrato del cristal se denomina agua de
cristalización.

SOLUBILIDAD
• La solubilidad de una sustancia en
agua, es la cantidad de gramos de soluto
que se disuelve en 100 gramos de esta a
una temperatura específica.
• Ciertos solutos son muy solubles en el
agua, por lo que se pueden preparar
soluciones concentradas de estos solutos.
• Otros solutos son ligeramente solubles en
el agua y algunos son tan débilmente
solubles que se denominan insolubles.

SOLUBILIDAD
En las interacciones químicas las sustancias reaccionan en
proporciones estrictamente equivalentes. Tales proporciones no se
observan entre la sustancia disuelta y el disolvente, pero cada
sustancia se caracteriza por una solubilidad bien determinada en
un disolvente dado (en determinadas condiciones).
La dependencia entre la solubilidad de las sustancias y la
temperatura se expresa gráficamente: Por ello, sobre el eje de las
abscisas se pone el valor de la temperatura y sobre el eje de las
ordenadas, el contenido de la sustancia en la disolución, expresada
en gramos. Al unir en el sistema de coordenadas, los puntos que
corresponden a la solubilidad de las sustancias a determinadas
temperaturas, se observa la curva que expresa la solubilidad de
dicha sustancia en función de la temperatura.

Fig. 1. Dependencia de la solubilidad de algunos compuestos iónicos
en el agua.

CLASIFICACIÓN DE LAS DISOLUCIONES
• La disolución que contiene la máxima cantidad de
sustancia que puede ser disuelta en una cantidad dada
de disolvente a una temperatura determinada (formando
una disolución estable) se denomina saturada. Si se
introducen nuevas cantidades de sustancia en tal
disolución, su concentración no varía; la fase sólida y
líquida se encuentra en equilibrio.

CLASIFICACIÓN DE LAS
DISOLUCIONES
• Toda disolución que contenga menor
cantidad de sustancia disuelta que la
correspondiente a la disolución
saturada, es una disolución no saturada.
Al introducir en ella cantidades adicionales
de sustancia, su disolución prosigue y la
concentración de la disolución aumenta.

• Las disoluciones en las cuales la
concentración de la sustancia disuelta
supera la solubilidad de esta sustancia a
una temperatura dada, en una
determinada cantidad de disolvente, se
denominan sobresaturadas. Al introducir
cristales (cebo) en una disolución
sobresaturada, el exceso de sustancia
disuelta enseguida se cristaliza y precipita
desde la disolución.

Las disoluciones que contienen
pequeñas cantidades de
sustancia disuelta y cuya
concentración se diferencia
mucho de las disoluciones
saturadas, se denominan
diluidas.

• Las disoluciones que contienen
grandes cantidades de sustancia
disuelta y cuya concentración se
aproxima a la de la disolución
saturada, se denominan
concentradas.

Fig.2 : Cuando se siembra un pequeño cristal a una disolución
sobresaturada de acetato de sodio (izquierda), se forman rápidamente
cristales de acetato de sodio.

Concentración de las disoluciones
• Las propiedades de una disolución depende de la
naturaleza de sus componentes y también de la
proporción en que estos participan en la formación
de la disolución.
• Es la cantidad de soluto disuelto en una cantidad
de disolvente o disolución.

FORMAS DE EXPRESAR LA
CONCENTRACIÓN
• Existen diferentes formas de expresar la concentración de
una disolución.
• Las que se emplean con mayor frecuencia establecen una
comparación entre la cantidad de soluto con la cantidad
total de disolución ya sea en términos de:
• Masa/masa; masa / volumen o Volumen/volumen
g soluto/g disolución; g soluto/ V disolvente ; V soluto / V disolvente

FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN
• Porcentaje en peso (%p/p)
• Porcentaje en volumen (%v/v)
• Gramos de soluto por litro de disolución (g/l)
• Molaridad (M)
• Normalidad (N)
• Fracción Molar (xi)
• Molalidad (m)
• Partes por millón (ppm)

SOLUBILIDAD DE LOS GASES Y LA TEMPERATURA
• La solubilidad de los gases en agua por lo general
disminuye al aumentar la temperatura

SOLUBILIDAD DE LOS GASES Y LA
TEMPERATURA
Fig. Dependencia
de la solubilidad
del O2 gaseoso
en agua con
respecto a la
temperatura.

SOLUBILIDAD DE LOS GASES Y LA TEMPERATURA
• La disminución de la
solubilidad del O2
molecular en agua
caliente tiene una
relación directa con la
contaminación térmica

EFECTO DE LA PRESIÓN EN LA SOLUBILIDAD DE LOS
GASES
• La presión externa afecta enormemente la
solubilidad de los gases.
• La relación cuantitativa entre la solubilidad de los
gases y la presión esta dada por la Ley de
Henry, la cual establece que la solubilidad de un
gas en un líquido es proporcional a la presión del
gas sobre la disolución.
C = kP gas

La ley de Henry se entiende cualitativamente en
términos de la teoría cinético molecular. La
cantidad de un gas que se disolverá en un
disolvente depende de la frecuencia de colisiones
de las moléculas del gas contra la superficie del
líquido y que queden atrapadas en la fase
condensada
GASES

GASES

Fig. Demostración práctica
Ley de Henry.
Efervescencia que se
produce cuando se abre
una botella de bebida
gaseosa.
GASES

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE DISOLUCIONES
DE NO ELECTROLITOS
Las propiedades coligativas o propiedades colectivas, son
propiedades que dependen solo del número de partículas del
soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas
del soluto.
Estas son:
1. Disminución de la Presión de Vapor.
2. Elevación del Punto de Ebullición.
3. Disminución del Punto de Congelación.
4. Presión Osmótica.

1. DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR
Si un soluto es no volátil, la presión de vapor de
sus disoluciones siempre es menor que la del
disolvente puro. Así, la relación entre la presión
de vapor de la disolución y la presión de vapor
del disolvente puro depende de la concentración
del soluto en la disolución.

• Ley de Raoult: La presión parcial de un
disolvente en una disolución, P1, esta
dada por la presión de vapor del
disolvente puro, Pº1, multiplicado por la
fracción molar del disolvente en la
disolución, X1 :
P1 = X1. Pº1
P=X2.Pº1
DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR

• La evaporación aumenta el desorden de un sistema
porque las moléculas en el vapor no están muy cercanas
y por lo tanto tienen menos orden que un líquido.
• En una disolución hay más desorden que en un
disolvente puro, la diferencia en el desorden entre una
disolución y su vapor es menor que la que hay entre un
disolvente puro y su vapor.
• Las moléculas del disolvente tienen menor tendencia a
abandonar la disolución que a abandonar el disolvente
puro, para convertirse en vapor, y la presión de vapor de
una disolución es menor que la del disolvente.

• Si los dos componentes de una disolución
son volátiles, la presión de vapor de la
disolución es la suma de las presiones
parciales individuales. La Ley de Raoult
también se cumple en este caso.
PA = XA PºA
PB = XB. PºB

EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR. SOLUCIONES
IDEALES

DESTILACIÓN FRACCIONADA
• La presión de vapor de una disolución tienen
relación directa con la destilación
fraccionada, procedimiento de separación de los
componentes líquidos de una disolución que se
basa en la diferencia de sus puntos de ebullición.

Destilación
fraccionada para la
separación de
líquidos volátiles de
los que no lo son.

DESTILACIÓN FRACCIONADA
• Aparato para
destilación
fraccionada a
pequeña escala
(Columna de
fraccionamiento)

2. ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
El punto de ebullición de una disolución es la temperatura a
la cual su presión de vapor iguala a presión atmosférica
externa. Debido a que la presencia de un soluto no volátil
disminuye la presión de vapor de una disolución, también
debe afectar el punto de ebullición de la misma.

ELEVACIÓN DEL
PUNTO DE
EBULLICIÓN
Diagrama de fases
del agua y los
cambios que
ocurren en una
disolución
acuosa, en donde el
punto de ebullición
de la disolución es
mayor que la del
agua.

ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
La elevación del punto de ebullición, se define como el
punto de ebullición de la disolución menos el punto de
ebullición del disolvente puro.
Tb = Tb – Tºb
Tb = Kb.m

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE
CONGELACIÓN
Diagrama de
fases del agua y
los cambios que
ocurren en una
disolución acuosa

3. DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE
CONGELACIÓN
La disminución del punto de congelación se
define como la diferencia entre el punto de
congelación del disolvente puro y el punto de
congelación de la disolución.
Tf = Tºf – Tf
Tf = Kf.m

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN
La congelación implica la transición de un
estado desordenado a un estado
ordenado, para lo cual el sistema debe liberar
energía. Debido a que en una disolución existe
mayor desorden que en el disolvente, es
necesario que libere más energía para generar
orden que en el caso de un disolvente puro.
Por lo tanto la disolución tiene menor punto de
congelación que el disolvente.

OSMÓSIS
Muchos procesos químicos y biológicos
dependen de la osmosis, el paso selectivo
de moléculas del disolvente a través de una
membrana porosa desde una disolución
diluida hacia una de mayor concentración.

• Si dos disoluciones tienen la misma
concentración, y por lo tanto la misma
presión osmótica, se dice que son
isotónicas.
• Si dos disoluciones tienen diferente
presión osmótica, se dice que la
disolución de mayor concentración es
hipertónica y la disolución más diluida se
describe como hipotónica.
PRESIÓN OSMÓTICA

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