cap 3 libro Quimica aplicada a la Ing.pdf

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    \ LA INGENIER1A

    los metales quela de energia en-r 6 electrones derctrones como elfitan el enlace y

    Tema 3.w

    Disoluciones. Propiedades coligativas

    OBJETIVOS .

    colculor,lo concentrocin de. uno disolucin en diferenTes closes de uni-dodes.

    . Predecir lo solubilidod de un soluto y'un disolvente conocidos.

    . Conocer:los efecfos de lo temperoturo y presin sobre lo solubilidod.

    . lndicor cmo se disuehen los compueslos inicos en oguo.

    . Aplicqr lo ley de Henry poro conocer lo solubilidad de un gos.

    . Describir el proceso de exiroccin.

    . Definir propiedodes coligctivos'

    . Cqlculqr el descenso de lo presin de vopor y lo presin de vopor deuno solucin o portii J* b f'ro".iOn molar'del""f"ti V lo presin'deldi-solvente puro.

    r Usor lo,rnololidod de unq solucin de un soluto no voltil poro colculor eldescenso del punto de congelccin y eloumento del punto de ebullicin.

    . Cslculor el peso molulor de un soluio o portir de los descensos del pun-to de congelocin y de lo elevocin del punto de ebullicin,

    r Definir y colculor lo presin osmlico de uno solucin.r Determinor los propiedodes coligotivos de soluciones inicos'

  • RESL.}TENT.as soluciones son mezclas homogneas que pueden ser solidas, liqui-

    das o gaseosas. Soluto es el componente minoritario y disolvente el compo-nente mayoritari.

    Una soluci6n en la que se alcanzael equilibrio entre el soluto no disuel-to y su soluci6n se dice que es una soluci6n saturada y el equilibrio es dini-mico porque los dos procoos de disolucidn y cristalizacidn transcurren a lamisma velocidad. La cantidad maxima de soiuto que se disuelve en el equili-brio es la solubilidad de esa sustancia. En la mayor parte de los slidos i6ni-cos aumenta con la temoeratura mienrras que en los gases su solbilidadcos aumenta con la temperatura mienlras que en los gases su solubilidaddisminuye al aumentar la temperatura. Las sustancias inicas pres_eltlnuna amplia variaci6n de sus solubilidades en agua debido a que su solubili-dad depende de los valores relativos de la energa reticular y de la energia dehidratcin. La presin s6l afecta significativamente a la solubilidad de losig*+e:.'lfiliiit.'i.',-,,.r',,,,'..{.,....'.-;

    ',,.i..,,i.i..',-i...]1':: " ...i;r':l'rl:,,,,r:,..:''r:: '

    Las propiedades coligativas de "rru

    ,otrr.,Un a.*rra"r, solamente de laconcentracin de las parr(culas de solutoy no de su naturaleza. Son propie-dades coligativas: el descenso de Ia ptesin de vapor, descenso del punto decongelacidn, aumento del punto de ebullici6n y presi6n osmtica. Para suestudio se usan ecuaciones sencillas que tienen muchas aplicaciones prcti-cas como la determinacin del peso molecular de so]utos.

    F.n soluciones i6nicas, el aumento o d"r.errro de las fropiedades coliga-tivas depende de la concentygln de iones, que se puede obtener a partir dela fiormula del eompuesto i6nico.

    -LV lvi ttv.

    :1.1.'fll'osSL T]O

    Una solucpersan uniforquier Punto-sustancias. Cbinaria. Un cbargo su con

    A los concomPonenteineral, es el ccomponentesi los comPcel disolvente

    Las soltmateria Y Pnes se recof

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    ,lmm II["]r I)l-- DISOI-UCIONI]S Y l,ORN,IA l)1,1 l.lXPRllSAR-r. r I t\(.l_\Tll,\ct(iN

    ffiLmr ir-i:;in tiene lugar cuando las molculas o iones de una sustancia se dis-lnruqm- ,r-t,memente en otra, de forma que la composici6n es la misma en cual-1ryruur ilrur!:. En general, una solucin es una mezcla homognea de dos o msru!iltms.l-as.. C'"r"rndo esl formada s6lo por dos componentes se denomina solucionluf*

    -: ;otroide, aparentemente, es tambin una mezcla homognea, sin em-lhpm zu :,:,nposicin

    -"--

    propiedades no son uniformes en todos sus puntos.,S Llni :::,rponentes de una soluci6n se les denomina soluto y disolvente. Si los

    {uqmmsr-s de la solucin se encuentran en el mismo estado, el disolvente, en ge-mudL ss ::

    -rlmponente mayoritario. No obstante, en una soluci6n aI 5oo/o de dos,Wmnrr-s,Jebe especificarse cual es el disolvente y cual el soluto. Por otro lado,m,illljlu* "mnn':,,nenres de la solucin se encuentran en distinto estado de agregacin,,fllliulfriwr.nsrer: es el componente que no cambia de estado al realizarse la disolucin.

    0*an s:r,-';iones pueden presentarse en cualquiera de los tres estados de larfimu;uru&. , :rreLi.en ser sLidas, liquidas o gaseosas. Los distintos tipos de solucio-@nil $ :s:':ien en la tabla 3.1.

    Toblc 3.1 . Tipos de soluciones

    .c

    -flr]l9m-!Jtm-.llll,Lrl

    "m,mJttimilc

    LiquidoLiquidoLquido

    SolidoSolidoSolido

  • 124 QUIMICA APLICADA A LA INGENIERA

    En general los gases no reactivos se mezclan en todas proporciones para ge,nerar mezclas gaseosas y se dice que son fluidos miscibles. Elire

    "r ,rr,

    ";.-plode soluci6n gaseosa ya que es una rnezclade nitrgeno, oxigeno, dixido de car-bono, y una serie de componentes minoritarios. Las soluciones liquidas se obtie-nen por disoluci6n de un gas, un liquido o un slido en algrin liquido. por ejem-plo: co, en agua, alcohol en agua, salmueras, etc. Las soluiiones s6lidas urrnqr"ms escasas, tambin son posibles, el acero es un buen ejemplo (carbono disuel-to en hierro).

    La concentracin de una soluci6n se puede expresar de forma cualitativa sise utilizan los trminos diluida y concentrada. pero en la mayoria de las situa-ciones esto no es suficiente y se hace imprescindible conocer las proporcionesde los distintos componentes de la soluci6n. Hay varias formas d e*presar laconcentracidn, las ms frecuentes se agrupan en tres tipos: masa-masa; masa-volumen y volumen-volumen.

    Porcentaje en masa, es una de las ms sencillas, es la masa de un compo-nente en gramos contenida en 100 g de solucidn.

    , masa de un componente"/a enrnasa de un componente : ffi 100

    Frecuentemente, la concentracin de una solucin muy diluida se expresa enpartes por milldn (ppm). una concentracin de 1 ppm significa que la solu-ci6n contiene I gramo de soluto en cada milln de gramos de soluci6n. Es equi-valente a lmg de soluto por kg de solucin. En el caso de soluciones acuosas co-mo la densidad del agua es 1 g/ml, un kilo de una solucidn acuosa diluida ocupaun volumen de aproximadamente un litro, por lo que 1 ppm tambin equival a1mg de soluto por litro de soluci6n. Para soluciones arin ms diluidas se utilizanlas partes por billn (ppb), siendo frecuente en la notacin cientifica el uso deppb para fracciones de 10 e.

    Fraccidn molar de un componente, A, es el nrimero de moles de dicho com-ponente dividido por el nrimero total de moles de la soluci6n. Se expresa por xA:

    Xl :moles de un componente

    moles totales de todos los componentespor ejemplo, si una soluci6n se prepara a partir de 1 mol de glucosa y 9 molesde agua. La fraccin molar de la glucosa es: X',.o"u = + r

    la del agua ,"r* = *.

    La suma de las foacciones molares de todos los componentes debe ser igual a 1.Molalidad, de una soluci6n es el nrimero de moles de soluto por kilogramo

    de disolvente y se expresapor m.

    Molalidad (zn) : moles de solutokilogramos de disolvente

    DISOLUCIO\

    Como lada no varia n.) re_sulta que:

    1

    V COmOkg dis,

    rior queda:

    sustituyendo e

    queda:i

    g

    DISOLUCIONES

    luego el descerno voltil es dconstante que

    A veces, lamos ahora unacuerdo con 1;con fuerzas in.lueno (C.H.Cligual a la sum,erpresada por

    Es importisolucin no esun ejemplo: sr-benceno y 2 npresiones parcmente 75 y 22

    Se puede