MONOGRAFAQUIMICA GENERAL

PROPIEDADES COLIGATIVAS

Y SMOSIS INVERSA

INTRODUCCION

Las propiedades coligativas propias de las soluciones, que dependen de la concentracin del soluto, tienen importantes aplicaciones en la ciencia y en la tecnologa; en cuanto a la smosis inversa es una alternativa para el tratamiento de aguas y efluentes, con imponente xito en el campo industrial. Como objetivo de esta monografa se presume dar la mayor informacin acerca las propiedades nombradas anteriormente dar a conocer su importancia, caractersticas y nombrar ejemplos, y tambin explicar en qu consiste la tcnica de osmosis inversa, ventajas, desventajas y condiciones para su desarrollo.PROPIEDADES COLIGATIVASLas soluciones tienen propiedades fsicas caractersticas como: densidad, ebullicin, congelacin y evaporacin, viscosidad, capacidad de conducir corriente, etc. Para estas propiedades cada lquido presenta valores caractersticos constantes. Cuando un soluto y un solvente dan origen a una disolucin, la presencia del soluto determina la modificacin de estas propiedades con relacin a las propiedades del solvente puro.Los dos tipos de propiedades de las soluciones son:

Propiedades constitutivas: Son aquellas que dependen de la naturaleza de las partculas disueltas. Por ejemplo: la viscosidad, la densidad, la conductividad elctrica. Propiedades coligativas o colectivas: Son aquellas que dependen del nmero de partculas (molculas, tomos o iones) disueltas en una cantidad fija de solvente y no de la naturaleza de estas partculas. Centraremos nuestro estudio en las propiedades coligativas, que representan las relaciones observadas entre la interaccin del soluto con el solvente, donde se estudian adems de las partculas y la concentracin de los componentes,comportamientos dados en el cambio de variables como presin y temperatura, y la incidencia de ello en la disolucin.Las propiedades coligativas son: descenso de la presin de vapor, ascenso ebulloscpico, descenso crioscpico y la presin osmtica.Condiciones para que las propiedades coligativas se cumplan

Soluto no voltil

Soluto no electrolito

Soluciones diluidasUn dato importante es que la disminucin de la presin de vapor es la que determina modificaciones de las otras tres propiedades.

Como un ejemplo de las propiedades coligativas, podemos nombrar las propiedades del agua mediante un Diagrama de Fases.

Descenso de la presin de vapor

La presin de vapor es una medida del nmero de molculas que escapan de la superficie de un lquido por unidad de rea.

Las diferentes sustancias lquidas tienen distinta presin de vapor; hay lquidos ms voltiles que otros. La presin de vapor de los lquidos depende de la temperatura. A mayor temperatura, ms molculas se mantienen en estado gaseoso.

La presin de vapor de las soluciones siempre es menor que la del lquido puro; es decir, es ms difcil que hiervan y se evaporen las soluciones que el solvente puro. La diferencia entre la presin de vapor de la solucin con respecto al solvente puro es lo que se denomina descenso de la presin de vapor y se explica cmo las molculas de soluto de la solucin pertenecen a una sustancia no-voltil no escapan de la solucin y de esta manera retienen a las otras, con lo que disminuye el nmero de partculas de solvente que a modo de vapor escapan a la superficie

Esta propiedad tiene aplicacin en la elaboracin de pegamentos de contacto: el solvente tiene una alta presin de vapor (es muy voltil) y los solutos evitan que el pegamento se seque en el interior del recipiente.La relacin entre la presin de vapor de solvente puro y la presin de vapor de la solucin depende de la concentracin de soluto en la solucin.Las soluciones que obedecen a esta relacin exacta se conocen como soluciones ideales. Las presiones de vapor de muchas soluciones no se comportan idealmente.

La LEY DE RAOULT dice que la presin parcial de un solvente en una solucin (P1), est dada por la presin de vapor del solvente puro (P10) multiplicada por la fraccin molar del solvente en solucin x1P1 = x1 * P10 (a)

siendo P10 la vapor del solvente puro x1 + x2 = 1

En una solucin que contenga un soluto x1 = 1 - x2, con x2 como fraccin molar del soluto.

Por lo tanto la ecuacin (a) puede escribirse como:

P1 = (1 - x2) * P10P1 = P10 - x2 *P10Como la presin de vapor del solvente puro es mayor que la presin de vapor de la solucin entonces:

P1 - P10 = x2 *P10La LEY DE TENSIMETRIA dice que el descenso relativo de la presin de vapor solo depende de la concentracin de la solucin (fraccin molar del soluto), es independiente de la naturaleza del soluto y del solvente.

El descenso de sta se produce por dos razones: por probabilidad, pues es menos probable que existan molculas de disolvente en el lmite de cambio, y por cohesin, pues las molculas de soluto atraen a las de disolvente por lo que cuesta ms el cambio

Ascenso Ebulloscpico

Como consecuencia del descenso de la presin de vapor se produce un aumento en el punto de ebullicin. El punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la cual la presin de vapor se iguala a la presin aplicada en su superficie. Para los lquidos en recipientes abiertos, sta es la presin atmosfrica. La presencia de molculas de un soluto no voltil en una solucin ocasiona la elevacin en el punto de ebullicin de la solucin. Esto debido a que las molculas de soluto al retardar la evaporacin de las molculas del disolvente hacen disminuir la presin de vapor y en consecuencia la solucin requiere de mayor temperatura para que su presin de vapor se eleve o iguale a la presin atmosfrica. La temperatura de ebullicin del agua pura es 100 C.Esto se puede observar fcilmente en la cocina: si agregas sal al agua hirviendo, el hervor se interrumpe brevemente hasta que la solucin alcanza la nueva temperatura de ebullicin.La elevacin del punto de ebullicin se define como:

Te = Ke x M donde:Te = T s - T0Te = ascenso ebulloscpico

T s = temperatura de la solucin

T0 = temperatura del solvente puro

Ke = constante molal de ebullicin

M= molalidad

Descenso Crioscpico

Otra consecuencia del descenso de la presin de vapor es el descenso crioscpico en el punto de congelacin de la solucin, solidificando el solvente puro, puesto que la solucin est diluida.Los slidos tienen una presin de vapor que disminuye con la disminucin de la temperatura ms rpidamente que los lquidos, por lo tanto, la disminucin de la presin de vapor determina que la temperatura de congelacin sea menor en la solucin.

Se llama punto de congelacin del agua a la temperatura que sta congela a 1 atm de presin.

Se denomina descenso crioscpico a la diferencia entre el punto de congelacin de la solucin y el solvente puro.

La depresin en el punto de congelacin se define como:

Tc = Kc x M donde:Tc = T0 - T s Tc = descenso crioscpico

T s = punto de congelacin de la solucin

T0 = punto de congelacin del solvente puroKc = constante molal crioscpica

M= molalidadEl punto de congelacin se alcanza en una solucin cuando la energa cintica de las molculas se hace menor a medida que la temperatura disminuye; el aumento de las fuerzas intermoleculares de atraccin y el descenso de la energa cintica son las causas de que los lquidos cristalicen. Las soluciones siempre se congelan a menor temperatura que el disolvente puro. La temperatura de congelacin del agua pura es 0C.El descenso del punto de congelacin depende de la concentracin. Esto explica por qu, en una misma latitud, las aguas de un lago se congelan y las del mar no. En los lagos hay menos sales disueltas que en el mar. La alta concentracin de sales marinas baja an ms el punto de congelacin, y se requiere de temperaturas inferiores para congelarla.

La temperatura de congelacin de las disoluciones es ms baja que la temperatura de congelacin del disolvente puro. La congelacin se produce cuando la presin de vapor del lquido iguala a la presin de vapor del slido.Presin OsmticaSi ponemos en contacto dos soluciones de diferente concentracin a travs de una membrana semipermeable, se produce el paso del solvente desde la solucin ms diluida hacia la ms concentrada. Este fenmeno se denomina smosis.Al fluir el solvente hacia la zona ms concentrada, el nivel sube hasta igualar la presin osmtica.

El proceso de osmosis puede ejemplificarse as:

El solvente a puro difunde a travs de una membrana semipermeable hacia la solucin intentndola diluir. La membrana semipermeable solo permite el paso de un solo tipo de molculas pero no del otro; de modo que el lquido fluir de una solucin a la otra. Pero como nunca se llegara a una homogeneizacin, el flujo de solvente puro hacia la solucin es el predomina. Esto es la osmosis. El proceso osmtico diluye la solucin y aumenta su volumen o su nivel con respecto al nivel del solvente puro; se produce entonces una presin hidrosttica que intensifica la tendencia de las molculas del solvente en solucin a pasar hacia el solvente puro con lo cual, puede llegar un momento en que ambos flujos de molculas disolventes sean iguales establecindose como consecuencia, un estado de equilibrio. Este equilibrio puede lograrse si se aplica la solucin un a presin adecuada que iguale el flujo del solvente en ambos sentidos, esta presin es conocida como presin osmtica y depende de la concentracin del soluto y en menos extensin de la temperatura. Tambin es definida como la presin necesaria para impedir el fenmeno de osmosis.

La presin osmtica es directamente proporcional a la concentracin de la disolucin.

Representada por la Ecuacin de Vant Hoff: = M*R*T

= n*R*T / v

M: molaridad de la solucin

R: constante de gases

n: Nmeros de moles de soluto

v: volumen.

T: temperatura absoluta.

Desde el punto de vista biolgico, las clulas pueden ingresar y eliminar sustancias a travs de la membrana plasmtica. El movimiento del agua a travs de esta membrana genera la presin osmtica.Existen distintos tipos de soluciones a las cuales la clula puede ser expuesta: Solucin Isotnica: Presenta la misma concentracin de solutos que su medio interno. Solucin Hipotnica: Contiene menor cantidad de solutos, por ende menor concentracin que su medio interno. Solucin Hipertnica: Contiene mayor cantidad de solutos, por ende mayor concentracin que en el medio interno. # Todas las formulas expuestas estn basadas en solutos no inicos. Cuando tenemos solutos inicos la situacin vara. Los solutos inicos se disocian en iones. Es decir, de una partcula se generan 2 o ms al disociarse. Teniendo en cuenta que las propiedades coligativas dependen del nmero de partculas de soluto, un soluto inico generara varias partculas y se incrementar el efecto coligativo de manera proporcional. Las frmulas en estos casos son las mismas nada ms que agregamos el factor i. Los solutos inicos son, todas la sales, los cidos fuertes y las bases fuertes como los hidrxidos de calcio, sodio, magnesio, litio, etc. otros como la glucosa, urea etc. son no inicos.

Importancia de las propiedades coligativasLas propiedades coligativas tienen gran importancia en la vida comn as como tambin en las disciplinas cientficas y tecnolgicas, entre otras cosas permite: Separar los componentes de una solucin a travs de la destilacin fraccionada. Formular y crear mezclas frigorficas y anticongelantes como las usadas en los radiadores de los automviles. Determinar masas molares de solutos desconocidos. Formular sueros y soluciones fisiolgicas Formular caldos de cultivo para microorganismos especficos. Formular soluciones de nutrientes especiales para regados de vegetales.OSMOSIS INVERSALa Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solucin, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. Su nombre proviene de osmosis, el fenmeno natural por el cual se proveen de agua las clulas vegetales y animales para mantener la vida.

En el caso de la Osmosis, el solvente (no el soluto) pasa espontneamente de una solucin menos concentrada a otra ms concentrada, a travs de una membrana semi-permeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energa, originada en la diferencia de concentraciones. El solvente pasar en el sentido indicado hasta alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solucin ms concentrada, energa en forma de presin, el flujo de solvente se detendr cuando la presin aplicada sea igual a la presin Osmtica Aparenteentre las 2 soluciones. Esta presin Osmtica Aparente es una medida de la diferencia de energa potencial entre ambas soluciones. Si se aplica una presin mayor a la solucin ms concentrada, el solvente comenzar a fluir en el sentido inverso. Se trata de laOsmosis Inversa. El flujo de solvente es una funcin de la presin aplicada, de la presin osmtica aparente y del rea de la membrana presurizada.

Los componentes bsicos de una instalacin tpica de osmosis inversa consisten en un tubo de presin conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma continua el fluido a tratar a los tubos de presin, y, adems, es la encargada en la prctica de suministrar la presin necesaria para producir el proceso. Una vlvula reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma dentro de los elementos (se denominan as a las membranas convenientemente dispuestas).

En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y produccin.

Principios de las Osmosis Normal e Inversa.Aplicaciones de la Osmosis Inversa

Entre 1950 y 1970, se llevaron a cabo innumerables trabajos a fin de implementar el uso de la osmosis inversa en la desalacin de aguas salobres y agua de mar.

A partir de 1970, esta tcnica comenz a ser competitiva, y en muchos casos superior a algunos de los procesos y operaciones unitarios usados en concentracin, separacin y purificacin de fluidos. Hay razones para justificar esta creciente supremaca, ya que la osmosis inversa rene caractersticas de excepcin, como:

Permite remover la mayora de los slidos (inorgnicos u orgnicos) disueltos en el agua (hasta el 99%).

Remueve los materiales suspendidos y microorganismos.

Realiza el proceso de purificacin en una sola etapa y en forma continua.

Es una tecnologa extremadamente simple, que no requiere de mucho mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.

El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de energa.

Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad excepcional en cuanto al tamao de las plantas: desde 1 m3/da, a 1.000.000 m3/da.

La osmosis inversa puede aplicarse en un campo muy vasto y entre sus diversos usos podemos mencionar:

Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones.

Tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminacin y/o recuperacin de compuestos valiosos reutilizables.

En la industria de la alimentacin, para la concentracin de alimentos (jugo de frutas, tomate, leche, etc.).

En la industria farmacutica, para la separacin de protenas, eliminacin de virus, etc.

Se han efectuado numerosas experiencias para concentrar y purificar lquidos y gases. No obstante, las aplicaciones ms difundidas son las que trataremos a continuacin.

Esquema bsico de un sistema de smosis inversa.Relacin entre osmosis y osmosis inversaLasmosises el proceso fsico a travs del cual se hace pasar agua por una serie de filtros y una membrana semipermeable al con el objetivo de filtrar impurezas como los microorganismos, metales pesados, exceso de sales, y otros tipo de sustancias txicas. El resultado final del proceso es la obtencin de un agua pura.

Lasmosis inversaes la inversin de la osmosis para purificar agua. A la inversa de la osmosis el flujo se invierte aplicando una presin opuesta que supere la presin osmtica. Mediante la smosis inversa se extrae el agua a fuerza de una solucin concentrada, dejando atrs el soluto (es decir las impurezas).

CONCLUSION

Se concluye quela variacin de las propiedades coligativas indican la tendencia al cambio de fase de la solucin donde el descenso crioscpico dar paso a la formacin de cristales en la solucin y el aumento ebulloscpico dar lugar a la formacin de gases en la atmsfera,en funcin de los componentes. Las propiedades coligativas en funcin de la smosis aplican a muchos procesos fisicoqumicos y en mayor grado al grado de interaccin de los sistemas biolgicos.En cuanto a la osmosis inversa podemos concluir que es un proceso eficiente e importante a la hora del tratamiento del agua y efluentes, ya que es considerada una nueva alternativa para su purificacin.Bibliografa Pginas web: http://scientistsatcolombia.blogspot.com.ar/2011/06/propiedades-coligativas-soluciones-y.html www.quimicayalgomas.com/.../propiedades-coligativas http://www.textoscientificos.com/quimica/osmosis/inversa http://quimica2medio.blogspot.com.ar/p/propiedades-coligativas.html http://www.aguabona.es/osmosis.jsp http://ziickpaininfiniteoo.blogspot.com.ar/2011/11/propiedades-coligativas-de-las.html http://wwwinfoquimic.blogspot.com.ar/ http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm Libros

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