teorÍas quÍmicas i
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TEORÍAS QUÍMICAS II
JULIE GESSELLE BENAVIDES MELO
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CLASE. Soluciones y propiedades coligativas
CONCEPTOS PREVIOS:
Los conceptos básicos y fundamentales para el proceso de aprendizaje de los núcleos
problemáticos que se plantean para este seminario son: Estructura de la materia, átomo,
molécula, masa atómica y masa molecular; propiedades periódicas, enlace químico, reacción
química,
NÚCLEO PROBLEMA I: ESTADOS DE AGREGACIÓN
Preguntas orientadoras:
¿Qué condiciones debe presentar la materia para presentarse en diferentes estados de
agregación?
¿Cuáles son las propiedades que diferencian un sólido de un líquido y de un gas?
¿Qué condiciones debe reunir un gas para considerarse un gas ideal?
¿Qué relación existe entre el trabajo sobre gases y el desarrollo de la teoría cinética y la
teoría atómica?
Áreas Temáticas
Propiedades de los gases, Leyes, Ecuación de estado, Teoría cinética, volúmenes de gases,
velocidades moleculares.
Líquidos: fuerzas de atracción, presión de vapor, punto de ebullición, tensión superficial,
viscosidad.
Sólidos: estructura cristalina, puntos de fusión, presión de vapor.
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NÚCLEO PROBLEMA II : ESTEQUIOMETRÍA
Preguntas orientadoras:
¿Cuál es el origen epistemológico del número de Avogadro y del concepto de
mol?
¿Basados en los símbolos químicos, cómo se puede describir la composición
atómica de los compuestos?
¿Cómo se representan las reacciones químicas a través del lenguaje químico?
¿Cómo se relaciona la ley de conservación de la masa con la estequiometria?
Áreas Temáticas
Fórmulas y nomenclatura
Composición porcentual de los compuestos
Ecuaciones químicas
Ley de conservación de la masa.
Número de Avogadro y concepto de mol
Relaciones estequiométricas.3
NÚCLEO PROBLEMA III : REACCIONES EN SOLUCIÓN
Preguntas orientadoras:
¿Qué argumentos plantea para justificar la clasificación de las reacciones
químicas?
¿Cómo explica la composición de los compuestos y la manera como
cambian cuando reaccionan con otros?
¿Cómo explica que unos compuestos cuando interactúan con otros no
reaccionen químicamente? Qué clase de fenómeno se produce?
¿Por qué razón todos los compuestos no se disuelven en todos los
solventes?
Áreas Temáticas
Reacciones químicas y su clasificación.
Solubilidad, naturaleza de las soluciones
Efectos de la temperatura y la presión en la solubilidad.
Propiedades coligativas
Concentración, formas de expresar la concentración 4
NÚCLEO PROBLEMA IV: REACCIONES QUÍMICAS Y ENERGÍA.
Preguntas orientadoras:
¿Es posible predecir y medir los cambios de energía par sistemas que
involucren cambios físicos o cambios químicos?
¿En una reacción o transformación química, la cantidad de energía inicial es
igual a la energía con la que finaliza el proceso?
Preguntas orientadoras
Áreas Temáticas
Medidas de la energía
Calorimetría
Ecuaciones termoquímicas
Ley de Hess
Energías de enlace.5
NÚCLEO PROBLEMÁTICO TRANSVERSAL: NOMENCLATURA.
Este núcleo será trabajado simultáneamente con los otros núcleos
planteados para este espacio académico.
Preguntas orientadoras:
¿Cómo se nombran los compuestos químicos?
Qúe relación existe entre el nombre de un compuesto y sus
propiedades químicas?
Áreas Temáticas
Grupos funcionales inorgánicos: óxidos, bases, ácidos, sales.
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DISOLUCIÓN (CONCEPTO)
• Es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias químicas tal
que el tamaño molecular de la partículas sea inferior a
10--9 m.
• Se llama mezcla coloidal cuando el tamaño de partícula va de
10-9 m a 2 ·10-7 m.
• Se llama suspensión cuando el tamaño de las partículas es del
orden de 2 ·10-7 m. 9
CLASIFICACIÓN DE DISOLUCIONES
• Según el número de componentes.
• Según estado físico de soluto y disolvente.
• Según la proporción de los componentes.
• Según el carácter molecular de los componentes.
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SEGÚN ESTADO FÍSICO DE SOLUTO Y DISOLVENTE.
• Soluto SolventeEjemplo
• Gas Gas Aire
• Líquido Gas Niebla
• Sólido Gas Humo
• Gas Líquido CO2 en agua
• Líquido Líquido Petróleo
• Sólido Líquido Azúcar-agua
• Gas Sólido H2 -platino
• Líquido Sólido Hg - cobre
• Sólido Sólido Aleacciones 12
SEGÚN LA PROPORCIÓN DE LOS COMPONENTES.
• Diluidas
(poca cantidad de soluto)
• Concentradas
(bastante cantidad de soluto)
• Saturadas
(no admiten mayor concentración
de soluto)13
SEGÚN EL CARÁCTER MOLECULAR DE LOS COMPONENTES.
• Conductoras
• Los solutos están ionizados (electrolitos) tales como disoluciones de
ácidos, bases o sales.
• No conductoras
• El soluto no está ionizado
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•Dependiendo
de la naturaleza
del soluto:
Electrolíticas: soluto se disocia en iones (ej. Sal)
(conducen la corriente eléctrica)
No electrolíticas: soluto no se disocia en iones (ej. azúcar)
(no conducen la corriente eléctrica)
Sustancia que disuelta en
agua forma una solución que
conduce la electricidad.
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Propiedades electrolíticas
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Propiedades electrolíticas
Cuerpo Humano
Electrolitos
Agua
Compuestos iónicos
Hidratación
Ionización
CONCENTRACIÓN(FORMAS DE EXPRESARLA)
• gramos/litro → densidad
• Tanto por ciento en masa.
• Tanto por ciento en masa-volumen.
• Molaridad.
• Normalidad (ya no se usa).
• Fracción molar.
• Molalidad. 18
CONCENTRACIÓN EN GRAMOS/LITRO.
• Expresa la masa en gramos de soluto por cada litro de
disolución.
msoluto (g)d = ————————
Vdisolución (L)19
TANTO POR CIENTO EN MASA.
•Expresa el porcentaje de masa en gramos del
soluto, presente en la solución.
msoluto% masa = ————————— · 100
msoluto + mdisolvente
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TANTO POR CIENTOEN MASA-VOLUMEN.
•Expresa el porcentaje de soluto disuelto con
respecto al volumen total de la solución
msoluto% masa-volumen = —————— x 100
Vdisolución (L)
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MOLARIDAD ( ).
• Expresa el número de moles de soluto por cada litro de disolución.
n mslt / pmslt= ——— = ———————
V Vsln
• Siendo V el volumen de la disolución expresado en litros.
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OTRAS FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN
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disolución L
(i) esequivalentN i
equivalentes (i) = ni × valenciaProtones transferidos en rcc. ácido-base
Electrones transferidos en rcc. redox
• Porcentaje en peso (% p/p)
100disolución masa
soluto masapeso%
•Partes por millón (ppm)
• Normalidad (M)• Unidades: equiv × L-1 (normal,N)
• Desventaja: depende de la reacción
• Uso no recomendado
(Kg) disolución masa
(mg) soluto masappm
EJERCICIO: ¿ CUÁL ES LA MOLARIDAD DE LA DISOLUCIÓN
OBTENIDA AL DISOLVER 12 G DE NACL EN AGUA DESTILADA HASTA OBTENER 250 ML DE DISOLUCIÓN?
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EJERCICIO: ¿CUÁL SERÁ LA MOLARIDAD DE UNA
DISOLUCIÓN DE NH3 AL 15 % EN MASA Y DEDENSIDAD 920 G/L?
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PUREZA ()
• Las sustancias que se usan en el laboratorio suelen contener impurezas.
• Para preparar una disolución se necesita saber qué cantidad de soluto puro se añade.
msustancia (pura) = ——————————— · 100
msustancia (comercial)
• De donde 100
m sust. (comercial) = m sust. (pura) · ——
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PUREZA ()
• Las sustancias que se usan en el laboratorio suelen contener impurezas.
• Para preparar una disolución se necesita saber qué cantidad de soluto puro se añade.
msustancia (pura) = ——————————— · 100
msustancia (comercial)
• De donde 100
msust. (comercial) = msust. (pura) · ——
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PROPIEDADES COLIGATIVAS
Son aquellas propiedades físicas de las soluciones que dependen
más bien de la cantidad de soluto que de su naturaleza.
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LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS SON:
Disminución de la presión de vapor
Disminución del punto de congelación
Aumento del punto de ebullición
Presión osmótica
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DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR
Cuando se agrega un soluto no volátil a un
solvente puro, la presión de vapor de éste en la
solución disminuye.
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P solución < Pº solvente puro
P = P° - P
Pº = presión de vapor del solvente puro
P = presión de vapor del solvente en la solución
La presión de vapor ejercida por un líquido es proporcional
a su fracción molar en la solución.
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Ley de Raoult
PA = XA P°A
PA : Presión de vapor del componente A
XA : Fracción molar de A
P°A : Presión de vapor de A puro
PARA UN SOLUTO NO VOLÁTIL:
P = P°A XB
donde:
P : Disminución de la presión de vapor
XB : fracción molar del soluto B no volátil
P°A : presión de vapor del solvente A puro
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FRACCIÓN MOLAR (XI)
• Se define como la relación entre los moles de cada componente y los moles
totales presentes en la mezcla.
• Si la mezcla contiene sólo un soluto (a) y un solvente (b), se tendrá:
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(b)solventedemoles(a)solutodemoles
(a)solutodemoles
aX
PARA UNA SOLUCIÓN IDEAL:
Si los componentes son los líquidos A y B:
Psolución = P°A XA + P°B XB
Psolución : Presión de la solución ideal
P°A y P°B : Presiones de vapor de A y B puros
XA y XB : Fracciones molares de A y B 41
DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente
puro, el punto de congelación de éste disminuye.
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T° Congelación solución < Tº Congelación Solvente puro
TF = - KF • M
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Donde:
Tf = Disminución del punto de congelación
Kf = Constante Crioscópica
m = molalidad de la solución
Tf = Tf solución - Tf solvente
AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
Cuando se agrega un soluto no volátil a un
solvente puro, el punto de ebullición de éste
aumenta.
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TEb. solución > Tº Eb. solvente puro
Donde:
Te = Aumento del punto de ebullición
Ke = Constante ebulloscópica
m = molalidad de la solución
Te = Te solución - Te solvente
Te = Ke • m
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ALGUNAS PROPIEDADES DE DISOLVENTES COMUNES
solvente Tebull. (ºC)Keb
(ºCKg/mol)Tcong. (ºC)
Kc
(ºCKg/mool
Agua 100 0.512 0 1.86
Benceno 80.1 2.53 5.48 5.12
Alcanfor 207.42 5.61 178.4 40.0
fenol 182 3.56 43 7.40
Ácido
acético118.1 3.07 16.6 3.90
Tetracloruro
de carbono76.8 5.02 - 22.3 29.8
etanol 78.4 1.22 - 114.6 1.99
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DIFUSIÓN
OSMOSIS
En Biología y en Fisiología, al
hablar de disolvente nos referimos
al agua, pero los solutos pueden
ser:
→coloidales (proteínas,
polisacáridos)
→verdaderos de tipo molecular
(glucosa, urea)
→ verdaderos de tipo salino
(NaCl, KHCO3)
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Se define la presión osmótica como el proceso, por
el que el disolvente pasa a través de una
membrana semipermeable.
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• Impermeables.
• Semipermeables.
• Dialíticas.
• Permeables.
V
nRTπ
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Como n/V es molaridad (M), entonces:
= M • R • T
R = 0.0821 atm L / (mol K)
Se expresa como:
EJERCICIOS
Una disolución contiene 1 g de hemoglobina disuelto en
suficiente agua para formar 100 mL de disolución. La
presión osmótica a 20ºC es 2.72 mm Hg. Calcular:
a) La molaridad de la hemoglobina
b) La masa molecular de la hemoglobina
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... APLICACIÓN
• El naftaleno C10H8, se utiliza para hacer bolas para combatir lapolilla. Suponga una solución que se hace disolviendo 0,515 g denaftaleno en 60,8 g de cloroformo CHCl3, calcule el descenso dela presión de vapor del cloroformo a 20°C en presencia delnaftaleno. La p de v del cloroformo a 20°C es 156 mm Hg. Sepuede suponer que el naftaleno es no volátil comparado con elcloroformo. ¿Cuál es la presión de vapor de la solución?
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... APLICACIÓN
•Una solución líquida consiste en 0,35 fraccionesmol de dibromuro de etileno, C2H4Br2, y 0,65fracciones mol de dibromuro de propileno,C3H6Br2. Ambos son líquidos volátiles; suspresiones de vapor a 85°C son 173 mm Hg y 127mm Hg, respectivamente. Calcule la presión devapor total de la solución.
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... APLICACIÓN• Una solución acuosa de glucosa es 0.0222 m ¿cuáles son el punto de
ebullición y el punto de congelación de esta solución?.
• ¿Cuántos gramos de etilenglicol, CH2OHCH2OH, se deben adicionar
a 37.8 g de agua para dar un punto de congelación de -0.150°C?.
• Se disolvió una muestra de 0.205 g de fósforo blanco en 25.0 g de
CS2 Se encontró que la elevación del punto de ebullición de la
solución de CS2 fue 0.159°C. Cuál es el peso molecular del fósforo
en solución? ¿cuál es la fórmula del fósforo molecular? (Keb = 2,47).
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EJERCICIOS
¿Qué presión osmótica ejercerá una solución de urea
(NH2CONH2) en agua al 1%, a 20ºC?. Considere que 1000 g
corresponde aproximadamente a 1 L de solución.
¿Qué concentración en g/L habría de tener una solución de
anilina (C6H5NH2) en agua, para que su presión osmótica a 18ºC
sea de 750 mm Hg? (PM= 93.12)
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EJERCICIO:
Calcule el descenso de la presión de vapor de agua, cuando
se disuelven 5.67 g de glucosa, C6H12O6, en 25.2 g de agua
a 25°C. La presión de vapor de agua a 25°C es 23.8 mm Hg
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PRECIPITADO
• Formación de un producto
insoluble = Precipitado
•Participación de compuestos iónicos.
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SOLUBILIDAD
• Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en
una determinada cantidad de disolvente (normalmente
suelen tomarse 100 g) a una temperatura específica.
• La solubilidad varía con la temperatura (curvas de
solubilidad).66
GRÁFICAS DE LA SOLUBILIDAD DE
DIFERENTES
SUSTANCIAS EN AGUA
•Como vemos, la
solubilidad no
aumenta siempre
con la temperatura,
no varía de manera
lineal. 67
ECUACIÓN MOLECULAR VSECUACIÓN IÓNICA NETA
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Cuando se agrega una disolución acuosa de cloruro de bario a una disolución de sulfato de sodio, se
forma un precipitado blanco de sulfato de bario. Realice la ecuación molecular respectiva así como las
ecuaciones iónica y la iónica neta
Prediga los productos de las siguientes reacciones y
escriba las respectivas ecuaciones
K3PO4(ac) + Ca(NO3)2(ac) Al(NO3)3(ac) + Na(OH)(ac)