EXAMEN DE QUMICA GENERAL (QMC-LAB)

SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS

PAGE 63SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS

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3.1 DEFINICIN DE SOLUCIN

M

uy pocos materiales que encontramos en la vida diaria son sustancias puras; la mayor parte son mezclas y muchas de ellas son homogneas, Recordemos que las mezclas homogneas se denominan soluciones o disoluciones, por ejemplo: el aire que respiramos es una mezcla homognea de varias sustancias gaseosas. El latn es una solucin de cinc en cobre. Los ocanos son una solucin de muchas sustancias que se han disuelto en agua.

Una solucin es una mezcla homognea de dos o mas sustancias puras, denominadas componentes de la solucin, las cuales pueden ser gaseosas, lquidas o slidas; debido a que las soluciones lquidas son las mas comunes, en esta seccin enfocaremos nuestro estudio en dicho estado. Sin embargo, el estado fsico de una solucin lo determina a menudo el estado de su componente principal, denominado disolvente. El otro u otros componentes se denominan soluto.

En la figura 3.1 es un resumen de la relacin entre los materiales (materia), recuerde que las sustancias pueden ser mezcladas por procesos fsicos y se pueden usar otros procesos fsicos para separar la mezcla en sustancias.

3.2 PSEUDO - SOLUCIN, SUSPENSIN Y COLOIDEC

uando una sustancia se disuelve o dispersa a travs de otra, formaremos una mezcla donde encontramos tres posibilidades diferentes de tamaos de partculas. Cada uno de estos casos dar lugar a mezclas denominadas: solucin, coloide y suspensin, con propiedades diferentes. La tabla 4.1 muestra una clasificacin segn el tamao partculas.

1. Cuando la sustancia se disuelve en forma de molculas o iones entonces se denomina solucin y los componentes son denominados soluto y disolvente.

2. Cuando la sustancia se dispersa (no es soluble) y permanece firmemente dividida se denomina coloide y sus componentes son llamados fase dispersa y fase dispersante.

3. Cuando el tamao de la sustancia a quin se le denomina realmente micela, es mas grande en comparacin a los dos casos anteriores se denominar suspensin.

SOLUCION

COLOIDESUSPENSIN

TAMAO DE MISCELAS1-1010-10000>10000

3.2.1 Coloides hidroflicos e hidrofbicosC

oloide es una pseudo solucin, es una mezcla heterognea en la cual las partculas del soluto no precipitan, se dispersan a travs de una fase dispersante, se clasifican en dos clases principales: coloides hidroflicos y coloides hidrofbicos. Un coloide hidroflico (que aman el agua) es un coloide en el cual hay una atraccin fuerte entre la fase dispersa y la fase continua (agua). Muchos de estos coloides consisten en macromolculas (molculas muy grandes) dispersas en agua. Excepto por el gran tamao de las molculas dispersas, estos coloides parecen soluciones normales. Un coloide hidrofbico (que rechazan el agua), es un coloide en el cual hay una falta de atraccin entre la fase dispersa y la fase continua (agua) Los coloides hidrofbicos son bsicamente inestables.

La tabla 3.2 muestra una clasificacin de 8 tipos de coloides que son producto de la mezcla entre los estados slido, lquido y gaseoso, pero respetando el orden para identificar a la fase dispersa y fase dispersante. No se incluye la mezcla gas-gas porque estos se componen de molculas individuales.

FASE DISPERSAFASE DISPERSANTETIPO DE COLOIDEEJEMPLO

GasGas...................................

LquidoGasAerosol lquidoNiebla

SlidoGasAerosol slidoHumo

GasLquidoEspumaEspuma de cerveza

LquidoLquidoEmulsinLeche

SlidoLquidoSol y gelPintura, jabn en agua

GasSlidoEspuma slidaEsponja, piedra pmez

LquidoSlidoEmulsin slidaMantequilla

SlidoSlidoSol slidaPorcelana

Una de las formas prcticas que permite identificar a los coloides, es el hecho de aprovecha el efecto Tyndall, donde se refleja la luz mucho mas intensa en una suspensin que en un coloide, en una solucin no hay dicho reflejo.

3.3 CLASIFICACIN DE LAS SOLUCIONESL

as soluciones se pueden clasificar, atendiendo a 5 aspectos importantes:

3.3.1 Segn el nmero de componentes Soluciones binarias: de dos componentes

Soluciones ternarias: de tres componentes

Soluciones cuaternarias: de cuatro componentes

3.3.2 Segn la naturaleza del disolvente Soluciones acuosas: el disolvente es el agua

Soluciones orgnicas: El disolvente puede ser: benceno, acetona, etc

3.3.3 Segn la naturaleza del soluto Soluciones cidas: presencia de sustancias cidas: HCl, HNO3, etc.

Soluciones bsicas: presencia de sustancias bsicas: NaOH, Ca(OH)2 Soluciones neutras: presencia de sales neutras: NaCl, KNO3, etc.

3.3.4 De acuerdo a la cantidad de sus componentes Soluciones diluidas: Cuando la masa del soluto es pequea con respecto al volumen total de la solucin.

Soluciones concentradas: Es aquella donde la cantidad del soluto es grande respecto al volumen total de la solucin.

Soluciones saturadas: Es aquella solucin que ha alcanzado su mxima concentracin a una temperatura determinada, es decir que no admite mas soluto porque este comienza a precipitar.

Soluciones sobresaturadas: Es cuando se disuelve mas soluto que la solucin saturada debido a ciertos factores mecnicos, por ejemplo la agitacin donde se encuentra en equilibrio inestable.

3.3.5 Segn los estados de agregacin de la materia Soluciones slidas: Donde sus componentes se hallan en el estado slido.

Soluciones liquidas: Donde sus componentes estn estado lquido.

Soluciones gaseosas: Donde sus componentes estn en estado gaseoso.

Ejemplo 3.1.- Dar un ejemplo de una solucin constituida por las siguientes fases a) gas-gas, b) lquido-gas, c) lquido-lquido, d) lquido-slido, e) slido-slido.

Solucin:

a) Gas- gas :

Aire (O2, CO2, etc en N2)

b) Lquido gas: Soda ( CO2 (g) en H2O (())

c) Lquido lquido: alcohol para fricciones (H2O (() en i-C3H7OH (())

d) Lquido slido: agua de mar (NaCl, LiCl, etc en H2O (())

e) Slido-slido:

oro de 14 quilates (Cu en Au)3.4 SOLUBILIDAD

La solubilidad se define como la cantidad de una sustancia que se disuelve en una cantidad dada de disolvente (por ejemplo agua) a una temperatura dada para dar una solucin saturada; es la concentracin mxima posible. Por ejemplo, la sal de cocina tiene una solubilidad de 36 g por 100 g de agua; por lo tanto, al aadir 40 gramos de NaCl, quedaran 3 g de sal sin disolverse.

3.4.1 Factores que afectan la solubilidadL

a solubilidad de un slido es muy sensible a los cambios de temperatura; pero los cambios ordinarios de presin no producen ninguna variacin significativa. La figura 3.3 muestra cmo la temperatura afecta la solubilidad de algunos slidos corrientes en agua, por ejemplo la sacarosa, el nitrato de amonio y el hidrxido de potasio ilustran muy bien este fenmeno; por el contrario, la solubilidad del NaCl casi no se ve afectada por un cambio de temperatura. En algunos casos es posible lograr concentraciones superiores a las concentraciones de saturacin, y entonces se tiene una solucin sobresaturada. Una solucin sobresaturada se puede producir enfriando una solucin concentrada caliente.

Los compuestos inicos son solubles en agua, alcohol metlico y amoniaco lquido; e insolubles en octano, benceno y tetracloruro de carbono. Las molculas de agua, alcohol metlico y amoniaco son polares; cada molcula posee centros positivos y negativos de carga elctrica como muestra la figura 3.4. Otros lquidos polares tambin actan eficientemente en la disolucin de compuestos inicos. Las molculas de octano y benceno son no polares (ver figura 3.5). Puesto que las electronegatividades del carbono y del hidrgeno es muy pequea, cualquier enlace entre estos dos tomos es no polar. El enlace entre el cloro y el carbono s es polar, como se puede deducir al estudiar las electronegatividades de la tabla 1.3 del captulo 1 (pgina 20)

Por regla general los lquidos no polares son ineficientes en la disolucin de compuestos inicos. Tambin encontramos que un lquido polar disolver otros compuestos polares. El amoniaco y el alcohol metlico se disuelven en agua. La sacarosa, slido polar (no inico), es soluble en agua y alcohol metlico, e insoluble en benceno, octano y tetracloruro de carbono. Los disolventes no polares disuelven compuestos no polares. Las grasas y aceites, hidrocarburos no polares, se disuelven en cualquiera de los tres solventes no polares que hemos discutido previamente, pero son virtualmente insolubles en los tres disolventes polares. La regla que se sigue en la eleccin de disolventes dice: sustancias similares disuelven sustancias similares. Los disolventes polares disuelven compuestos inicos y polares; y los no polares disuelven compuestos no polares.

3.4.2 Solubilidad de los gasesL

os gases son muy poco solubles en agua y otros lquidos corrientes. La solubilidad de un gas puede acrecentar aumentando la presin sobre el gas que se halla por encima de la solucin. La solubilidad del oxgeno a diferentes presiones aparece en la tabla 4.3. Es obvio que al observar la ltima columna, que la solubilidad es directamente proporcional a la presin del gas. Este comportamiento es normal para soluciones de gases en lquidos.

P [mmHg]Solubilidad, [moles O2 por litro de H2O]

1750.0003071.75

3000.0005001.67

4140.0006881.66

6100.001001.64

7600.001281.68

La solubilidad de los gases en los lquidos, al contrario de la de los slidos o lquidos, disminuye a medida que aumenta la temperatura. Un qumico pondr a hervir una muestra de agua para reducir la concentracin de gases atmosfricos disueltos. Puesto que la solubilidad del oxgeno en agua se reduce considerablemente con el calor, al vaciar agua caliente en los ros y lagos puede causar serio perjuicio a la vida acutica.

Gas0 C10 C50 C100 C

H20.0009600.0008730.0007170.000715

N20.001050.0008300.0004850.000423

O20.002120.001700.0009330.000758

CO20.07650.05330.0194

( La solubilidad se expresa en moles del gas disueltas por litro de agua

(( La presin del gas encima de la solucin es 1 atm.

El efecto de la temperatura sobre la solubilidad de los gases se muestra en la informacin de la tabla 3.4. La solubilidad del CO2 es mucho mayor que la de los otros tres gases, debido a que el CO2 reacciona con el agua para forma cido carbnico:

CO2 + H2O ( H2CO3

3.5 EL PROCESO DE DISOLUCINU

na sustancia puede disolverse con o sin reaccin qumica en el disolvente. El sodio metlico se disuelve en agua desprendiendo burbujas de hidrgeno y cantidades considerables de calor, se produce un cambio qumico en el cual el H2 y el hidrxido de sodio inico soluble, NaOH, son los productos, la ecuacin inica total ser:

2Na(s) + 2H2O ( 2(Na+(ac) + OH-(ac)( + H2(g)

(1)

El cloruro de sodio slido, por otra parte, se disuelve en agua sin evidencia de reaccin qumica:

NaCl(s) ( Na+(ac) + Cl-(ac)

(2)

Si la primera solucin (1) se evapora a sequedad, se obtiene hidrxido de sodio slido, NaOH, en lugar de sodio slido metlico. Esto junto con los productos de burbujas de hidrgeno, indica que se efecta una reaccin con el disolvente. La evaporacin de la solucin de cloruro de sodio (2) permite obtener en NaCl original. La facilidad del proceso de disolucin depende de dos factores: a) el cambio de energa (reaccin exotrmica o endotrmica) y b) el cambio de desorden (entropa) que acompaa al proceso, es decir el proceso de disolucin procede hacia la disminucin de la energa del sistema, lo cual corresponde a un proceso exotrmico y hacia un incremento de desorden del sistema.

El primer factor que se refiere al cambio de energa se denomina calor de solucin, (Hsolucin. En un lquido puro, las fuerzas intermoleculares se producen todas entre molculas similares; al mezclar un lquido con un slido, cada molcula experimenta fuerza procedente de otras molculas o iones diferentes y tambin de molculas similares. Las fuerzas relativas de estas interacciones ayudan a determinar el grado de solubilidad de un soluto en un disolvente. Las principales interacciones que afectan la disolucin de un soluto en disolvente son:

1. Atracciones soluto-soluto

2. Atracciones disolvente-disolvente

3. Atracciones disolvente-soluto

La disolucin se favorece cuando el valor de los dos primeros incisos son relativamente pequeos y el del tercero es relativamente grande. Es preciso vencer las atracciones intermoleculares o interinicas entre las partculas de soluto para que se disuelva, esta parte del proceso requiere consumo de energa. La separacin de molculas de disolvente tambin consume energa. Sin embargo, cuando las partculas de soluto y las molculas del disolvente interaccionan en la solucin se libera energa y el proceso de disolucin es exotrmico.

Muchos slidos se disuelven en lquidos por procesos endotrmicos. La razn de que estos procesos se produzcan es que la endotermicidad es contrarrestada por un mayor incremento en el desorden del soluto que acompaa al proceso de disolucin. Casi todos los procesos de disolucin estn acompaados de un incremento de desorden tanto en el disolvente como en el soluto. Por tanto, este factor de desorden suele ser favorable a la solubilidad.

3.6 UNIDADES DE CONCENTRACINL

a concentracin de un soluto es la cantidad de soluto disuelto en una cantidad dada de disolvente o de solucin. La cantidad de disolvente o de solucin se puede expresar en trminos de volumen o en trminos de masa o de cantidad molar. As, hay varias formas para expresar la concentracin de una solucin.

La concentracin de una solucin suele expresarse como masa de soluto por unidad de volumen; pero es mas significativa expresarla en trminos de nmero de moles por unidad de volumen. Los trminos de concentracin mas importantes utilizados por los qumicos son: molaridad, molalidad, normalidad y fraccin molar.

3.6.1 MolaridadL

a concentracin molar , o molaridad [M], se define como los moles de soluto disueltos en un litro de solucin.

(3.1)

Una solucin acuosa de HCl que es 0.2 M, contiene 0.2 moles de HCl por litro de solucin, en la prctica si se quiere preparar esta solucin, se agrega a un matraz volumtrico aforado de 1.00 ( una cierta cantidad de agua por ejemplo (, al cual aadimos 0.2 moles de HCl ( debe hacerse clculos a partir de los datos que lleva la etiqueta del frasco). En seguida se llena el matraz con agua adicional a la marca hasta el cuello y se mezcla la solucin.

Ejemplo 3.2.- 0.25 g de una muestra de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4(5H2O) se coloca en un matraz aforado de 250 cc. El matraz se llena con agua hasta la marca en el cuello. Cul es la molaridad de la solucin resultante?

Solucin.- Para determinar la molaridad, se necesitan los moles de soluto. Por consiguiente convertiremos los gramos de CuSO4.5H2O a moles:

El volumen de la solucin es 0.25 litros, en consecuencia la molaridad es:

3.6.2 Equivalente - gramo de cidos y basesS

e define un equivalente gramo de un cido como el peso en gramos de ste que puede producir un mol de H+ y un equivalente gramo de una base como el peso en gramos de sta que pueda producir un mol de OH-. El peso equivalente o equivalente - gramo de un cido se obtiene dividiendo su peso frmula o peso molecular entre el nmero de hidrgenos cidos que aporta una molcula del cido. El peso equivalente o equivalente - gramo de una base se obtiene dividiendo su peso frmula o peso molecular entre el nmero de iones hidrxido. A partir de definiciones anteriores, se ve que un equivalente gramo de cualquier cido reacciona con un equivalente gramo de cualquier base.No es cierto que un mol de cualquier cido reacciona con un mol de cualquier base en una reaccin qumica especfica. En consecuencia, segn la definicin de equivalentes, 1 eq-g cido = 1 eq-g base. Por lo general, se puede escribir la siguiente expresin para todas las reacciones cido base que llegan hasta el punto final.

Eq de cido = eq de base o meq de cido = meq de base

(3.2)

Donde: meq = miliequivalentes, 1 eq = 1000 meq

3.6.3 Equivalente gramo en reacciones RedoxE

n reacciones de oxidacin reduccin se debe recordar que un agente oxidante acepta electrones, y un agente reductor los produce. El principio de equivalente permite hacer clculos estequiomtricos en reacciones redox. El equivalente gramo del agente oxidante y del agente reductor es respectivamente:

3.6.4 NormalidadL

a concentracin normal , o normalidad [N], de una solucin se define como el nmero de pesos equivalentes o simplemente equivalentes (eq) de soluto por litro de solucin.

(3.3)

Ejemplo 3.3 Cul es la normalidad de una solucin que contiene 10 g de H2SO4 en 500 ml de solucin?

Solucin.- El nmero de moles de H2SO4 es:

El volumen de la solucin es 0.5 litros, en consecuencia la normalidad es:

3.6.5 MolalidadLa concentracin molal , o molalidad [m], se define como los moles de soluto disueltos en un kilogramo de disolvente.

(3.4)

Ejemplo 3.4.- El tolueno, C6H5CH3, es un compuesto lquido similar al benceno, C6H6. Es la materia prima para otras sustancias, entre ellas el trinitrotolueno (TNT). Encuentre la molalidad del tolueno en una solucin que contiene 5 g de tolueno en 25 g de benceno.

Solucin.- El nmero de moles de tolueno es:

La masa del benceno que constituye el disolvente es: 0.025 kg C6H6

3.6.6 FormalidadL

a formalidad de una solucin es el nmero de peso frmula en gramos de soluto por litro de solucin; el smbolo de esta unidad es F. La formalidad es muy similar a la molaridad, por ejemplo 1 formal que se simboliza 1F del cido clorhdrico es igual a su peso frmula, es decir 36.5 g HCl, por litro de disolucin.

3.6.6 Fraccin molarL

a fraccin molar de una sustancia A ((A), componente de una solucin se define como los moles de sustancia A divididos entre los moles totales de solucin, esto es:

(3.5)

3.7 DilucinE

n la prctica de laboratorio con frecuencia se usan soluciones concentradas de concentracin conocida para preparar a partir de ellas soluciones diluidas. Por tanto, es importante ver cmo los cambios de volumen afectan la concentracin de una solucin.

Cuando la concentracin se expresa en una escala volumtrica, la cantidad de soluto contenido en un volumen determinado de la solucin es igual al producto del volumen por la concentracin, es decir:

Cantidad de soluto disuelto = volumen ( concentracinCuando se diluye una solucin, el volumen aumenta y la concentracin disminuye, pero la cantidad total de soluto permanece constante. Por esta razn, dos soluciones de concentraciones diferentes pero que contengan las mismas cantidades de soluto, estn relacionadas por la siguiente expresin:

Volumen1 ( Concentracin1 = Volumen2 ( Concentracin2V1 ( C1 = V2 ( C2

(3.6)Para reacciones de neutralizacin cido base la ecuacin correspondiente y de mucha utilidad es:N1(V1 = N2(V2

(3.7)Donde N1 y N2 son concentraciones normales y V1 y V2 son los volmenes requeridos para la neutralizacin de una base y una cido. No obstante se usa tambin para diluciones.

Ejemplo 3.4.- 0.25 ( de una solucin contiene 75 g de NaCl por litro. a) A qu volumen se debe diluir para obtener una solucin de concentracin 15 g de NaCl por litro?, b) qu cantidad de agua se necesita para este propsito?

Solucin: a) Considerando la expresin (3.6) y despejando Volumen se tiene:

V1 ( C1 = V2 ( C2

b) La cantidad de agua que se requiere para esta dilucin es:

(1.25 0.25) ( = 1 (Ejemplo 3.5.- Calcule el volumen aproximado del agua que se debe agregar a 250 cm3 de una solucin 1.25 N para preparar una solucin de concentracin 0.5 N (desprecie los cambios en volumen)

Solucin: Considerando la expresin (3.7) se puede determinar inicialmente el volumen de la nueva concentracin y luego el volumen de agua requerido en la dilucin de la concentracin original.N1(V1 = N2(V2La cantidad de agua es:(625 250) cm3 = 375 cm3Ejemplo 3.6.- Si una solucin se prepara a partir de 1 mol de etilenglicol y 9 mol de agua, los moles totales de la solucin son 10 moles, en consecuencia la fraccin molar del etilenglicol es:Recordemos que la suma de las fracciones de todos los componentes de una solucin es igual a 1.

(3.8)

3.8 REACCIONES QUMICAS EN SOLUCIONES

C

omo es de conocimiento, se discuti el mtodo para resolver problemas en que intervienen reacciones qumicas, ahora estamos preparados para extender el mtodo a reacciones en solucin y poder efectuar clculos estequiomtricos a partir de un volumen de una concentracin determinada a la cantidad de soluto presente.

Los problemas en esta reaccin se basan en dos principios:

El nmero de equivalentes de todas las especies en una reaccin qumica es el mismo.

Volumen ( normalidad = nmero de equivalentesEjemplo 3.7 Cuntos mililitros de NaOH 4.0 N se necesitan para neutralizar 20 ml de HCl 3.0 N?

Solucin: Se puede usar el concepto de miliequivalentes, esto es:

Si:N1 = 4.0 N

N2 = 3.0 N

V2 = 20 ml HCl

V1 = ?

Ejemplo 3.8.- Cuntos gramos de NaOH se necesitan para neutralizar 90 ml de HCl 1.5 M?

Solucin: Para resolver el problema es conveniente transformar la concentracin molar en normalidad, esto es,

1 eq-g HCl = 1 mol HClEn consecuencia:

Por tanto, en una reaccin cido base se tiene:

No eq HCl = No eq NaOH

Por consiguiente la masa de NaOH requerida es:

Ejemplo 3.9.-Encuentre el peso equivalente de KMnO4 en la siguiente reaccin:

MnSO4 + KMnO4 + H2O ( MnO2 + H2SO4 + K2SO4b) Cuntos gramos de MnSO4 se oxidan con 50 cm3 de una solucin de KMnO4 0.1 N?

Solucin: Para resolver el problema efectuaremos la igualacin de la ecuacin qumica.

(Mn+2 + SO4= ( + (K+ + MnO4- ( + H2O0 ( MnO20 + (2H+ + SO4= ( + (2K+ + SO4=(2( 3 e- + 4 H+ + MnO4- ( MnO20 + 2 H2O03( 2 H2O0 + Mn+2 ( MnO20 + 4 H+ + 2 e-2 MnO4- + 2 H2O + Mn+2 ( 5 MnO20 + 4 H+La ecuacin igualada es:3 MnSO4 + 2 KMnO4 + 2 H2O ( 5 MnO2 + 2 H2SO4 + K2SO4a) el peso equivalente del permanganato de potasio es:

b) La masa de sulfato manganoso requerido es:

3.9 PROPIEDADES COLIGATIVASA

lgunas propiedades fsicas de las soluciones difieren mucho de las del disolvente puro. Por ejemplo, el agua pura se congela a 0 C, pero las soluciones acuosas se congelan a temperaturas menores. El etilenglicol se adiciona al agua de los radiadores de los automviles, pues es un anticongelante ya que abate (disminuye) el punto de congelacin de la solucin; tambin eleva el punto de ebullicin de la solucin sobre la del agua pura, permitiendo que el motor funcione a una temperatura mas alta.

Una solucin, que conste de dos o mas componentes, carece de las propiedades fsicas constantes de una sustancia pura; estas propiedades dependen de la concentracin de las partculas del soluto y no de su naturaleza. Tales propiedades se conocen como propiedades coligativas y stas son: el descenso de la presin de vapor; la depresin en el punto de congelacin; la elevacin en el punto de ebullicin y la presin osmtica.

Las propiedades coligativas se pueden usar en la determinacin de los pesos moleculares de las sustancias disueltas y pueden dar adems informacin acerca de las propiedades del soluto si se conocen las propiedades del disolvente. Todas las soluciones obedecen las leyes que se discuten en este captulo , cuando la concentracin es suficientemente baja. Por esta razn se les conoce como leyes de las soluciones diluidas.

3.9.1 Descenso de la presin de vapor y la ley de RaultM

uchos experimentos han demostrado que las soluciones que contienen lquidos no voltiles o slidos como solutos, siempre tienen presiones de vapor mas bajas que los disolventes puros.

Cuando un soluto no voltil se disuelve en un lquido; parte del volumen total de la solucin es ocupada por molculas de soluto, y por lo tanto, hay menos molculas de disolvente por unidad de rea en la superficie. Esto ocasiona el descenso de presin de vapor del disolvente.

El descenso de la presin de vapor asociados con solutos no voltiles y no ionizables se resume en la ley de Rault:

La presin de vapor de un disolvente en una solucin es igual a la presin de vapor del disolvente puro multiplicada por la fraccin molar del mismo en la disolucin. Matemticamente se expresa:

P = Xd.P

(4.9)Donde: Xd, representa la fraccin molar del disolvente en la solucin, P es la presin de vapor del disolvente puro y P es la presin de vapor del disolvente en la solucin. Esta ley permite calcular pesos moleculares.

Ejemplo 3.10.- La presin de vapor del agua pura a 25 C es 23.76 mmHg y la presin de vapor de una mezcla formada por 5.4 g de soluto no voltil en 90 g de agua es 23.32 mmHg. Determinar el peso molecular de dicho soluto.

Solucin: De acuerdo a la ley de Rault:

P = Xd.P

Puesto que la fraccin molar se define como:

Se puede expresar en trminos de sus pesos moleculares:

reemplazando datos:

despejando Ms:

Ms= 57.3 g/molEjemplo 3.11.- Determine la presin de vapor a 25 C de una solucin acuosa que consta de 10 g de sacarosa, C12H22O11 y 75 g de H2O.

Solucin: De acuerdo a la ley de Rault:

P = Xd.P

La fraccin molar del disolvente es:

Por consiguiente La presin de vapor es:Pv = 0.993 ( 23.76 mmHg = 243.59 mmHg3.9.2 La ley de Rault y las soluciones de solutos voltiles

E

n soluciones en las cuales tanto el disolvente como el soluto tienen una presin de vapor apreciable, se puede aplicar la ley de Rault a ambos componentes:

Para lograr cierta comprensin de tales mezclas, considere una solucin ideal que contiene dos componentes, A y B, segn la ley de Rault:

PA = XA.PA

y

PB = XB.PB

La presin total del sistema es entonces, la suma de las presiones parciales de cada componente voltil:Ptotal = PA + PB = XA.PA + XB.PB

(3.10)Ejemplo 3.12.- Cul es la presin de vapor que ejerce una mezcla formada por 100 gramos de benceno y 100 g de tolueno a 25 C? A dicha temperatura las presiones del vapor de benceno y tolueno puros son, respectivamente 95.1 y 28.4 mmHg.

Solucin: De acuerdo a la expresin (3.6)Ptotal = PC6H6 + PC7H8

P total = XC6H6* PC6H6 + XC7H8 * PC7H8Las fracciones molares de las dos sustancias son:

La presin de vapor ser:Pt = 0.549* 95.1 mmHg + 0.459 * 28.4 mmHg

Pt = 52.21 + 13.04 = 65.25 mmHg

Las soluciones pueden representarse grficamente. La figura 3.7 muestra la ley de Rault para una solucin ideal de un soluto en un lquido voltil. La presin de vapor que ejerce el lquido es proporcional a su fraccin molar en la solucin.

Este diagrama se cumple para:

P = Xd.P

La figura 3.8 muestra la ley de Rault aplicado a soluciones que tienen dos componentes voltiles. Este diagrama se cumple para:

Ptotal = PA + PB = XA.PA + XB.PB

En la figura 3.8 la lnea (I) es la presin parcial de A y la lnea (II) es la presin parcial de B y la lnea (III) es la presin total para diferentes concentraciones de los dos lquidos voltiles.

La figura 3.9 muestra una desviacin negativa de la ley de Rault, Las fuerzas intermoleculares existentes en la solucin son superiores a las fuerzas intermoleculares de los componentes puros aisladamente.

La figura 3.10 muestra la presin de vapor superior a la presin predicha por la ley de Rault (desviacin positiva). Las fuerzas intermoleculares existentes en la solucin son ms dbiles que las de los componentes puros independientemente.

3.9.3 LEY DE HENRYE

l efecto de la presin sobre la solubilidad de un gas en un lquido se puede predecir de manera cuantitativa. Para soluciones diluidas de un gas no reactivo en un lquido, puede aplicarse una expresin muy similar a la ley de Rault, conocida como la ley de Henry, cuya expresin matemtica es:Pgas = K(Xgas

(3.11)Donde Pgas es la presin del gas sobre la superficie de la solucin y k es una constante para un gas y un disolvente determinados a una determinada dada. Xgas representa la fraccin molar del gas disuelto; la relacin es vlida a bajas concentraciones y a bajas presiones.

Ejemplo 3.13.- Si 29 mg de N2 se disuelven en un litro de agua a 0 C y 760 mmHg de presin de N2, qu masa de N2 se disolver en un litro de agua a 0 C y 5 atm de presin?

Solucin: De acuerdo con la ecuacin (3.11), en principio se determinar la constante de Henry K, para luego determinar la masa de nitrgeno disuelto en las nuevas condiciones de presin y concentracin.

La fraccin molar del gas es:

La constante de Henry ser:

La masa de nitrgeno disuelta en 1 litro de agua a 5 atm ser:

1 litro de H2O = 55.56 mol

Resolviendo la ecuacin se tiene:

3.9.4 Aumento del punto de ebullicinR

ecordemos que 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, por ejemplo la temperatura de ebullicin normal del agua sobre el nivel del mar es 100 C

Se ha visto que la presin de vapor de un disolvente a una temperatura dada, desciende por la presencia de un soluto no voltil. Las soluciones de este tipo deben calentarse a temperaturas mas altas que el disolvente puro para que su presin de vapor iguale a la presin atmosfrica.

El incremento en el punto de ebullicin, (Te ( en relacin al punto de ebullicin del disolvente puro), es directamente proporcional al nmero de partculas de soluto por mol de disolvente. Sabemos que la molalidad expresa el nmero fijo de moles de disolvente. As Te es proporcional a la molalidad, como se muestra en la siguiente expresin matemtica:

(Te = Kem

(3.12)

(Te = Tf(solucin) Tf(disolvente)

Ejemplo 3.14.- Una disolucin de glicocola preparada al disolver 1.62 g de sustancia en 19.62 g de agua, hierve a 100.6 C. Hallar el peso molecular de la glicocola. (Ke = 0.52 C/molal).

Solucin: Datos:

Te = 100.6 C

Ke = 0.52 C/molal

De acuerdo a la relacin (2.7)

(Te = Kem

Se puede determinar la molalidad

A partir de este dato se puede evaluar el nmero de moles de soluto:

En consecuencia el peso molecular de soluto ser:

Para hallar el peso molecular se puede considerar un segundo mtodo propuesto por el Prof. Jos Ibarz Aznrez, el cul expresa:

Si una disolucin est constituida por a gramos de soluto y A g de disolvente, y el peso molecular del soluto es M, la molalidad de disolucin es:

(3.13)

Considerando la expresin (3.8), y despejando M se tiene:

3.9.5 Descenso del punto de congelacinE

n contraste con el punto de ebullicin, el punto de congelacin de una solucin generalmente es mas bajo que el punto de congelacin del solvente puro, como muestra la figura 3.6. La diferencia entre estas dos temperaturas se conoce como depresin en el punto de solidificacin y se designa por (Tc, y es proporcional a la concentracin molal del soluto. Esta proporcionalidad, convertida en igualdad se puede expresar por medio de la siguiente ecuacin:

Tc = Kcm

(3.14)

(Tc = Tf(disolvente) Tf(solucin)La figura 3.11 muestra como un soluto no voltil abate la presin de vapor de un disolvente, el punto de ebullicin se eleva y el punto de congelacin desciende con respecto a los puntos correspondientes en los disolventes puros. La magnitud de elevacin del punto de ebullicin (Te es menor que la magnitud del abatimiento del punto de congelacin (Tc.

Ejemplo 3.15.- Se funde una mezcla de 0.436 g de acetanilida con 14.06 g de alcanfor de punto de fusin 176.2 C. La mezcla se deja solidificar y enfriar, se reduce a polvo, se mezcla ntimamente y se calienta. En el momento en que se termina de fundir su temperatura es de 167.0 C. Hallar el peso molecular de la acetanilida. (kcalcanfor = 40.0 C/molal)

Solucin: Los datos son los siguientes:

Tc = 176.2 C

kc = 40.0 C/molal

De acuerdo a la relacin (3.7)

(Tc = kcm

Se puede determinar la molalidad:

A partir de este dato se puede evaluar el nmero de moles de soluto:

En consecuencia el peso molecular de soluto ser:

Para hallar el peso molecular se puede considerar la expresin (3.8), y despejando M se tiene:

SOLVENTEPUNTO DE EBULLICION [C]ke

[C/m]PUNTO FUSION

[C]kc

[C/m]

H2O 100.000.52 0.0 1.86

C6H6 80.102.53 5.50 5.12

CCl4 76.805.02 -22.3 29.80

C2H5OH 78.401.22-114.6 1.99

ClCHO 61.203.63-63.50 4.68

3.9.6 Aplicaciones del aumento y descenso del punto de ebullicin y fusin respectivamente

Ejemplo 3.16.- El punto de ebullicin de una solucin de 0.402 g de naftaleno, en 26.6 g de cloroformo, es 0.455 C mas alto que el del cloroformo puro. Cul es la constante ebulloscpica del cloroformo?

Solucin: A partir de la expresin (2.6)(Te = Kem, se puede despejar Ke, puesto que (Te = 0.455 y la molalidad es:

Ejemplo 3.17.- La presin de vapor de una solucin acuosa diluida es 23.45 torr a 25 C, mientras que la presin de vapor del agua pura a la misma temperatura es 23.76 torr. Calclese la concentracin molal del soluto, y utilcense los valores tabulados de Ke del agua para predecir el punto de ebullicin de la solucin.

Solucin: Puesto que la concentracin molal se define como:

se puede considerar la masa del disolvente como 1 kg = 1000 g H2O.

De acuerdo a la ley de Rault:

P = Xd.P

Puesto que la fraccin molar se define como:

Se puede expresar en trminos de sus pesos moleculares:

reemplazando datos:

El nmero de moles del soluto, despejando de la anterior expresin es en consecuencia:

ns = 0.727 mol

y la molalidad ser:

El punto de ebullicin de la solucin es:

De acuerdo a la relacin (3.7)

(Te = Kem

(Te = 0.52 C/m ( 0.727 m = 0.38 C

La temperatura de ebullicin de la solucin es:

Te = (100 + 0.38) C = 100.38 C

3.10 OSMOSIS Y PRESIN OSMTICAL

a osmosis es el proceso espontneo por el cual las molculas del disolvente atraviesan una membrana semipermeable de una solucin de menor concentracin de soluto hacia una solucin con mayor concentracin de mayor soluto

Para definir la presin osmtica es conveniente considerar el sistema de la figura 2.12. El cual muestra un experimento en una cmara de presin osmtica.

a) La figura 3.12 muestra el inicio de la determinacin de la presin osmtica, los niveles de solucin del lado izquierdo y del disolvente del lado derecho son iguales.

b) Despus del inicio del experimento, las molculas del disolvente tienden a fluir hacia la solucin, entonces observamos rebalse de la solucin como era de esperarse, como muestra la figura 3.13.

c) Para evitar el rebalse instalemos un tubo en la cmara de la disolucin; durante cierto tiempo de iniciado el experimento, el flujo de la molculas hacia la solucin cesa y el sistema alcanza el equilibrio cuando el menisco se ha elevado hasta una determinada altura, como se puede observar en la figura 3.14. En estas condiciones de equilibrio, la solucin se encuentra bajo una presin hidrosttica mayor que el disolvente puro. La altura del menisco multiplicada por la densidad de la solucin y la aceleracin de la gravedad, d la presin adicional sobre la solucin y sta es la presin osmtica (.

Por la medicin experimental realizada en soluciones diluidas de concentracin conocida, se sabe que la relacin entre la presin osmtica y la concentracin est dada simplemente por:

( = cRT

(3.15)Donde c es la concentracin de la disolucin en moles/litro, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta. La presin osmtica es proporcional a la temperatura absoluta porque afecta el nmero de colisiones del disolvente con la membrana por unidad de tiempo, tambin es proporcional a la concentracin molar, ya que sta afecta a la diferencia en el nmero de molculas del disolvente que chocan contra la membrana de cada lado.

Ejemplo 3.18.- Estime el peso molecular de una macromolcula biolgica si se disuelve una muestra de 0.194 gramos en 82.4 ml de benceno y se observa una presin osmtica de 14.20 torr a 25 C.

Solucin: De la ecuacin (3.15) ( = cRT:

Considerando que el volumen de la solucin es 82.4 ml, se puede determinar el nmero de moles de la macromolcula biolgica:

El peso molecular de dicha sustancia biolgica es:

3.10.1 smosis Inversa

E

l proceso de smosis inversa se ha aplicado al problema de la purificacin del agua, en particular el mtodo se ha utilizado para desalar el agua del ocano (esto es para eliminar lar sales del agua de mar y obtener agua que se pueda beber o que sea industrialmente utilizable). En la smosis normal, el disolvente fluye a travs de una membrana de una solucin diluida a una solucin mas concentrada, el proceso de smosis se puede detener.

Figura 3.15

Sistema de desalacin que utiliza la smosis inversa. Cuando el agua del ocano se somete a una presin mayor que su presin osmtica, el agua pura pasa a travs de una serie de membranas y dejan detrs una solucin de sal ms concentrada. Si se aplica una presin an mayor, el proceso osmtico puede ser invertido, entonces el disolvente fluye de la solucin concentrada (que pueda ser agua del ocano), a travs de una membrana, a una solucin ms diluida (que pueda ser agua mas o menos pura). En la figura 3.15 se presenta un sistema que utiliza smosis inversa para desalar el agua del ocano.

3.11 Propiedades Coligativas de las Soluciones Ionicas

P

ara explicar las propiedades coligativas de las soluciones inicas, debe aceptarse que la concentracin total de iones, es mas importante que la concentracin de una sustancia inica. Por ejemplo, la depresin de congelacin de una solucin 0.100 m de cloruro de sodio es casi el doble del de una solucin 0.100 m de glucosa. Puede explicarse esto diciendo que el cloruro de sodio se disuelve en agua para formar los iones Na+ y Cl-. Cada unidad frmula de NaCl da dos partculas.

Para cada propiedad coligativa de las soluciones inicas se pueden considerar tres valores: el valor calculado (Tm, suponiendo el compuesto formado por molculas; el valor real, (T, bastante mayor, encontrado experimentalmente; y el valor ideal (Ti, mayor todava, que puede tambin calcularse al suponer el compuesto formado por iones que se comportasen en la disolucin como si fueran partculas neutras..

3.11.1 Factor de vant HoffLa relacin:

(3.16)donde i es mayor a la unidad, se conoce como factor de vanHoff. Cuando se supona que los electrolitos estaban constituidos por molculas se acept que una fraccin de las mismas se disociaba en iones y que se estableca un equilibrio entre las molculas sin disociar y los iones formados. La fraccin de las molculas ionizadas o disociadas se denomina grado de disociacin. Para los electrolitos fuertes se establece actualmente la relacin:

(3.17)

donde g es menor que la unidad y que se conoce como coeficiente osmtico. Cuanto mas se acerca a la unidad el valor de g mayor es el comportamiento ideal de los iones en la disolucin inica.

Si una supuesta molcula del electrolito se disocia en ( iones, es evidente que:

(Ti = ((Tm , y por tanto;

(3.18)

En el caso de los electrolitos dbiles, si ( es el grado de ionizacin, y una molcula forma realmente ( iones, 1 mol del electrolito dar lugar a (( moles y quedaran sin ionizar ( 1 - () moles, por lo cual, en vez de un mol de compuesto tendremos:

[1+(( - 1)(]

moles de partculas, y puesto que cualquier propiedad coligativa es i veces mayor que el valor terico correspondiente al numero de molculas o moles disueltos, tendremos

i = 1 + (( - 1)(

(3.19)y

(3.20)

Esta expresin se aplica tambin corrientemente a los electrolitos fuertes, aunque ya se ha indicado que es incorrecto hablar en ellos de grado de disociacin. Para no romper con esta costumbre nos referiremos nosotros a un grado de disociacin aparente para explicar el comportamiento de los electrolitos fuertes.

El factor de vant Hoff i para soluciones inicas en las expresiones de las propiedades coligativas se puede escribir:

Descenso de la presin de vapor

(3.21)Aumento del punto de ebullicin(Te = iKem

(3.22)Descenso del punto de fusin(Tc = iKcm

(3.23)Presin osmtica( = icRT

(3.24)

Ejemplo 3.19.- A 100 C la presin de vapor de una disolucin de 10.0 g de nitrato clcico en 150 g de agua es de 746.8 mmHg. Hallar el grado de disociacin aparente del nitrato clcico en esta disolucin.

Solucin: Para hallar el grado de disociacin aparente (vase ecuacin 3.15) del nitrato clcico (electrolito fuerte) debemos determinar el coeficiente de vant Hoff a partir de la ecuacin (3.16) y el nmero de iones (Ca(NO3)2 = [ Ca++ + 2NO3-]( = 3As que, de la ecuacin (3.16):

reemplazando datos:efectuando operaciones con una mquina electrnica:

i = 2.42

Aplicando la expresin (3.15)

Ejemplo 3.20.- Una disolucin 0.065 molal de cloruro clcico empieza a congelar a 0.322 C, hallar: a) el grado de disociacin del cloruro clcico y b) la concentracin de los iones cloruro y de los iones calcio en la disolucin. Suponer la densidad de la disolucin igual a la unidad. Kc(H2O = 1.86 C/mol)

Solucin: a) Para hallar el grado de disociacin haremos uso de la ecuacin (2.15), sin embargo es preciso evaluar i y (.

El cloruro de calcio se disocia:CaCl2 = [ Ca++ + 2Cl- ]( = 3

De la ecuacin (3.18) (Tc = iKcm: Despejamos i:

Por consiguiente

b) Para hallar la concentracin molar de los iones, determinaremos en primera instancia la concentracin del cloruro de calcio: La masa total de la solucin se puede calcular:

Es decir la masa de la solucin es:

msolucin = 1000 g

puesto que la densidad es 1.0 g/ml

El volumen de la solucin es:V = 1000 ml = 1.000 (La concentracin molar de la solucin inica de CaCl2 es:

y las concentraciones de los iones determinamos a partir de : 0.065 ( 0.83 = 0.0540

CaCl2 = Ca++ + 2Cl-

1 mol 1 mol 2 mol

[ Ca++ ]= 0.0540 molar, la relacin es 1:1

[ Cl- ] = 2 ( 0.0540) = 0.108 molar la relacin es 1:2

PROBLEMAS RESUELTOS

3.1 Una solucin de cido sulfrico tiene densidad de 1.84 g/ml y contiene 98% en masa de H2SO4. Qu volumen ocuparn 200 g de H2SO4 puro?

Solucin: Se puede considerar los conceptos bsicos de factores de conversin:

(1)

El volumen de agua es:

En consecuencia, considerando la ecuacin (1), el volumen de H2SO4 puro es:

3.2 Calcule la molalidad, fracciones molares de soluto y disolvente, y la molaridad de las siguientes soluciones: a) una solucin acuosa de H2SO4 que es 50 % en masa y tiene una densidad de 1.4 g/ml, b) una solucin acuosa de sacarosa, C12H22O11, que es 19 por ciento sacarosa en masa, y tiene una densidad de 1.08 g/ml, y c) una solucin compuesta de 24.4 g de NaOH y 97.6 de H2O con un volumen de 100 ml.

Solucin: a) La molalidad de la solucin de H2SO4 se puede determinar a partir de la composicin centesimal, vale decir:

La fraccin molar se determina calculando previamente los moles del soluto y disolvente:

La fraccin molar ser entonces :

La molaridad se calcula considerando la densidad de la solucin

b) La molalidad de la solucin de C12H22O11, se puede determinar a partir de la composicin centesimal, vale decir:

La fraccin molar se determina calculando previamente los moles del soluto y disolvente:

La fraccin molar ser entonces :

La molaridad se calcula considerando la densidad de la solucin

3.3 Una solucin acuosa de cloruro de sodio que contiene 8.00 g de NaCl por 100 g de solucin posee una densidad de 1.054 g/ml a la temperatura de 25C. Determine: a) la concentracin molar y b) la concentracin molal de la solucin.

Solucin:

a) 8 g NaCl/100 g sol.

Molaridad =

( = 1.054 g/ml

moles de soluto :

n =

-Clculo del volumen en litros de solucin:

V= 0.0949 litros

Molaridad :

b)

Molalidad =

Clculo de la masa en kilogramos de solvente

Masa del solvente = masa (solucin) - masa (soluto) = 100 g - 8 g = 92 g de solvente

Kg de solvente = 92g = 0.092 Kg

Molalidad =

3.4 Se prepara 1.5 litros de una solucin de H2O y C2H5OH, cuya densidad relativa resulta 0.947 en una proporcin volumtrica de 3:1 respectivamente. Determinar: a) La densidad del alcohol etlico. b) La fraccin molar del alcohol etlico. c) La molaridad. d) La molalidad.

Solucin: Datos:

Vsolucin = 1.5 ((solucin = 0.947 kg/(%VH2O = 75%

%VC2H5OH = 25%

a) VH2O = 1.5 ( ( 0.75 = 1.125 ( VC2H5OH = 1.5 ( ( 0.25 = 0.375 (

En consecuencia la masa del alcohol etlico es:

mC2H5OH = msol mH2O

mC2H5OH =1.4305 1.125 = 0.2955 kg

mC2H5OH = 295.5 g

La densidad del alcohol etlico es:

b)

nT = 6.424+62.5= 68.924 mol

c)

d)

3.5 ( 20 puntos, 20 min) La densidad relativa de una disolucin acuosa de cloruro de potasio que contiene 24.6 g KCl es de 1.131 a 21 C, mientras que la densidad relativa del cloruro de potasio slido, a la misma temperatura es 1.984. Calcular: a) la molaridad, b) la normalidad, c) la molalidad, d) la fraccin molar, y e) el tanto por ciento en volumen. (K = 39; Cl = 35.5)

Solucin: Datos: (Solucin= 1.131 g/ml; (KCl= 1.984 g/ml; (H2O= 1.0 g/ml;

mKCl = 24.6 g mH2O = x

(1)

mH2O = VH2O (2)

(3)

Reemplazando en (1)

mH2O = 80.76 g

VH2O = 80.76 ml

Volumen total:

Vsolucin = 12.4 ml + 80.76 ml = 93.16 ml

a) la molaridad es:

b) La normalidad es:

c) La molalidad:

d) La fraccin molar:

e) El % en volumen:

3.6.- Determinar: a) la concentracin molal, b) la fraccin molar y la molaridad

de una solucin de cido sulfrico del 50% en masa y cuya densidad es 1.4 g/ml.

Solucin: a) La molalidad de la solucin de H2SO4 se puede determinar a partir de la composicin centesimal, vale decir:

La fraccin molar se determina calculando previamente los moles del soluto y disolvente:

La fraccin molar ser entonces :

La molaridad se calcula considerando la densidad de la solucin

3.7 A 100 ml de una disolucin de cido sulfrico del 96% en masa y de densidad relativa 1.84, se aadieron 400 ml de agua, obtenindose una solucin de peso especfico relativo igual a 1.22. En la solucin resultante determinar:

a) la concentracin en tanto por ciento en masa.

b) La concentracin molar

c) La concentracin molal

d) La normalidad

e) La fraccin molar

Solucin: El lector debe hacer nfasis en esquemas de manera que le permitan ver objetivamente el problema:

A 100 ml de una solucin de cido sulfrico se aade 400 ml de agua, a esta operacin se denomina dilucin, que obviamente modificar la concentracin y la densidad de la solucin.

Para resolver el problema calcularemos el volumen de agua de la solucin original para luego sumar a los 400 ml de agua que se aadieron, a partir de este dato la masa de agua de modo que sumados a la masa de cido sulfrico puro y considerando la densidad de la solucin resultante se podr determinar el volumen de la solucin resultante.

Determinacin de la masa de H2O y H2SO4 de la solucin original

la masa de agua en la solucin resultante ser:

mH2O = (7.36 + 400) g = 407.36 g H2O

De acuerdo a algunas estrategias recomendadas en el presente texto es fundamental conocer la concentracin de la solucin resultante en tanto por ciento:

a) El tanto por ciento del cido sulfrico se determina a partir de:

m H2SO4 = 176.64 g

m H2O = 407.36 g

La masa total es: (176.64 + 407.36) g = 584 g

b) La concentracin molar se determina conociendo la densidad de la solucin y la concentracin en tanto por ciento en masa de cido sulfrico:

EMBED Equation.3 c) Determinacin de la molalidad:

Slo se considera la concentracin en tanto por ciento en masa:

Masa de H2SO4 = 43.36 g

Masa de H2O = (100 - 43.36) g = 56.64 g

En consecuencia:

d) Determinacin de la normalidad:

Se puede calcular a partir de la molaridad considerando que en esta solucin:

Por tanto:

d) Determinacin de la fraccin molar:

Para calcular la fraccin molar requerimos los moles del soluto y del disolvente:

Las fracciones molares son:

3.8 Una instalacin de cmaras de plomo suministra diariamente 12 m3 de cido de cmara de densidad relativa 1.49 y de una concentracin del 60% en masa. Si se desea preparar un cido concentrado del 98%

a) Qu cantidad de agua se debe evaporar diariamente?

b) Calcular la normalidad, molaridad y la molalidad del cido de cmara.

Solucin: El cido de cmara del que se habla no es ms que el cido sulfrico.

a) Efectuaremos un balance msico sin reaccin qumica puesto que se trata de un proceso fsico, donde la masa de la solucin mA de cido de cmara es:

Asumiremos como base de clculo 17.88 t por da.

mA = mB + mC

(1)

amA = bmB + cmC

(2)

En la ecuacin (2) b = 0, por tanto la masa la masa del cido resultante mc es:

De la ecuacin (1) despejamos la masa de agua:

mB = mA - mCmB = 17.880 - 10.947 = 6.933 t H2O

Puesto que la densidad del agua es 1 t/m3

El volumen de agua que se evapora diariamente es de 6.933 m3b) La concentracin molar del cido de cmara se puede determinar a partir de su densidad y tanto por ciento en peso.

La normalidad se puede calcular a partir de la molaridad considerando que en esta solucin:

Por tanto:

Para determinar la molalidad slo se considera la concentracin en tanto por ciento en masa:

masa de H2SO4 = 60.0 g

masa de H2O = (100 60.0) g = 40.0 g

En consecuencia:

3.9 Una disolucin de hidrxido ferroso a 25 C de temperatura tiene una solubilidad de 1.78 g/100g H2O. Determinar: a) la molaridad, b) la normalidad, c) la molalidad y la fraccin molar del soluto suponiendo solucin ideal.

Solucin: a) Cuando la solucin es ideal la densidad de la solucin tiende a ser la densidad del agua, sin embargo la masa total de la solucin se debe considerar:

(100 g + 1.78g) = 101.78 g

b) Para determinar la normalidad de la solucin, hallamos la relacin de moles y equivalentes gramo del soluto:

c) A partir de la solubilidad es posible calcular la molalidad:

a) Las fracciones molares sern:

3.10 Se tiene una solucin de dicromto de potasio al 1%, considerando solucin ideal, calcular el volumen de esta solucin que se necesita para preparar 250 cm3 de solucin 0.1 normal de dicromato al actuar como oxidante.

Solucin: Para resolver ste problema se debe tomar en cuenta que el dicromto acta como oxidante, esto implica tener cuidado en el clculo del equivalente gramo ya que se trata de una reaccin de oxidacin y reduccin.

El dicromto de potasio al entrar en contacto con el agua se disocia segn:

K2Cr2O7= = 2 K+ + Cr2O7=En solucin el dicromto se reduce de acuerdo a:

6e- + 14H+ + Cr2O7=( 2Cr+3 + 7H2O0En consecuencia el equivalente gramo del dicromto de potasio es:

Al igualar los equivalentes de las dos soluciones se tiene:

3.11 Se queman 80 litros de fosfamina medidos a 18 C y 756 mmHg. El cido fosfrico formado se disuelve en agua y se obtiene un litro de disolucin. Calcular la normalidad de la disolucin cida.

Solucin: El proceso de formacin de una disolucin de H3PO4 viene a partir de la siguiente ecuacin qumica:

PH3 + 2O2 ( H3PO4A partir de esta ecuacin qumica se calcula estequiomtricamente la cantidad de sustancia de H3PO4Considerando la ecuacin de estado:

PV = nRT se tiene:

La relacin entre moles del cido y los eq-g se obtiene:

La normalidad de la solucin cida ser:

3.12 Calcular el nmero de gramos de sulfato ferroso que se oxidarn en una disolucin de esta sal acidificada con cido sulfrico, con 24 ml de permanganato de potasio, en solucin 0.25 N, considerando como agente oxidante para esta reaccin.

Solucin: Formulamos e igualamos la ecuacin qumica por el mtodo in - electrn

FeSO4 + H2SO4 + KMnO4 ( Fe2(SO4)3 + MnO + K2SO4 + H2O

Las semirreacciones son:

2 Fe+2 ( 2 Fe+3 + 2 e-(1)

5 e- + 8H+ + MnO4- ( Mn+2 + 4H2O(2)

multiplicando la primera ecuacin por 5 y la ecuacin (2) por 5:

10 Fe+2 + 16H+ + 2 MnO4- ( 10 Fe+3 + 2 Mn+2 + 8H2O

La ecuacin igualada es

10FeSO4 + 8 H2SO4 + 2 KMnO4 ( 5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O

Para la determinacin del eq g de KMnO4, debemos considerar los electrones ganados porque se trata de una reaccin de oxidacin reduccin.

La masa de sulfato ferroso que se oxida es:

Propiedades coligativas:

3.13 A 25 C la presin de vapor saturado del agua constituye 23.76 mmHg. Hallar a la misma temperatura, la presin del vapor saturado sobre una disolucin acuosa al 5% de carbamida , CO(NH2)2.

Solucin: Aplicaremos la ley de Rault:P = Xd.P

La fraccin molar del disolvente se puede evaluar a partir de la composicin que nos dan en el problema, vale decir:

5 g de carbamida y 95 g de agua

P = 0.985 ( 23.76 mmHg

3.14 La solucin saturada de fenol en agua tiene a 21 C la presin de vapor de 18.3 mmHg, mientras que la del agua pura es 18.65 mmHg. a) Determinar la solubilidad del fenol en agua , suponiendo la idealidad. Exprese tambin el resultado como b) molaridad, c) molalidad y d) tanto por ciento en masa.

Solucin: Datos:

P = 18.3 mmHg P = 18.65

a) solubilidad = ? b) M = ?

c) m = ?

d) % masa = ?

a) La solubilidad se define:

Aplicaremos la ley de Rault:

De la ecuacin (3.5): P = (P:

reemplazando datos:

efectuando operaciones con una mquina electrnica:

Por tanto la solubilidad es:

b) molaridad

Para soluciones ideales se considera la densidad 1 g/ml La masa total de la solucin es:

(100 + 10.12) g = 110.12 g

V = 110.12 g / 1 g/ml = 110.12 ml = 0.11 litros

Los moles de fenol: 10.12 g / 94 = 0.108 mol

c) molalidad

d) % masa:

3.15 Cuando se disuelven 60 g de una mezcla de glucosa (C6H12O6) y sacarosa (C12H22O11) en 200 g de agua, se registra una presin de vapor en la disolucin de 23.28 mmHg a 25 C. La presin de vapor del agua pura a dicha temperatura es 23.76 mmHg. Determinar la composicin porcentual en masa en la mezcla de glucosa y sacarosa.

Solucin Datos:

60 g de mezcla de C6H12O6 y C12H22O11

sean :

C6H12O6 = x y C12H22O11 = y en 200 g de H2O.

P = 23.28 mmHg

P = 23.76 mmHg

Aplicando la ley de Rault:

P = PXdisolvente;

despejando Xd:

por definicin de fraccin molar:

reemplazando datos:

Considerando la ecuacin:

nx + ny = nT

(1)

(2)

Resolviendo el sistema de ecuaciones se determina:

x = 19.6 g%C6H12O6 = 32.67%

y = 40.4 g%C12H22O11 = 67.33%

3.16 Calcular la cantidad de C2H6O2 que se debe aadir a 1 kg de etanol para reducir su presin de vapor en 9.5 mmHg a 35 C. La presin de vapor del etanol puro a esta temperatura es 100 mmHg.

Solucin: La presin de vapor de la solucin es:

(100 - 9.5) mmHg = 90.5 mmHg

Considerando la ley de Rault:P = PXdisolvente;

por definicin de fraccin molar:

ms = 141.49 g C2H6O23.17 A 30 C, la presin de vapor del ter dietlico es de 646 mmHg y de la acetona pura de 283 mmHg. Calcule la composicin molar de una mezcla cuya presin sea de 460 mmHg, suponiendo la idealidad.

Solucin: Puesto que ambas sustancias son voltiles (A = ter dietlico; B = acetona) se cumple que:

Ptotal = PA + PB = XA.PA + XB.PB

460 = (A(646 + (B(283

(1)

(A + (B = 1

(2)

(A = 1 - (B

(3)

(3) reemplazando en (1):460 = 646 (1 - (B ) + 383 (B

Despejando la fraccin molar de la acetona

(B = 0.51;(A = 0.49

La composicin molar es%nacetona = 0.51(100 = 51.0%

%nter = 0.49(100 = 49.0%

3.18 En un compuesto orgnico recientemente sintetizado, al realizar el anlisis qumico se ha encontrado que contiene 63.2% de carbono, 8.8% de hidrgeno y el resto oxgeno. Una disolucin de 0.0702 gramos de este compuesto en 0.804 g de alcanfor deprime el punto de solidificacin en 15.3 C. Cul es la frmula molecular del compuesto desconocido? La constante crioscpica del alcanfor es igual a 40.

Solucin: Determinacin de la frmula emprica:

La frmula emprica es: C3H5O (M = 57)

Para determinar la frmula molecular debemos calcular el peso molecular de la sustancia a partir de la expresin del descenso crioscpico.

(Tc = Kc(m

m = 15.3 C / 40 C/mol = 0.3825

El peso molecular calculamos a partir de la expresin (3.8)

En la expresin: (C3H5O)n

La frmula molecular es:

C12H20O43.19 Hallar la concentracin en gramos por litro de una solucin de glucosa C6H12O6 que a 25 C es isosmtica con una disolucin de rea CO(NH2)2 a 12 C la cual contiene 3 g de rea en un volumen de 150 cm3.

Solucin El trmino isosmtico implica la misma presin osmtica pero a diferentes temperaturas, as que se puede escribir la expresin de presin osmtica para ambas sustancias e igualarlas.

( = cRT

Para la solucin de glucosa se tiene:

(1 = c1RT1

(1)Para la solucin de rea:(2 = c2RT2

(2)

T1 = 25 + 273 = 298 K

T2 = 12 + 273 = 285 K

La concentracin C2, de la rea es:

Igualando las ecuaciones (1) y (2)

c1RT1 = c2RT2Despejando C1:

3.20 El bromuro de etileno, C2H4Br2, y el 1,2 dibromopropano C3H6Br2, forman una serie de disoluciones ideales en todas sus concentraciones. A 85 C, la presin de estos dos lquidos puros es 173 y 127 torr respectivamente. a) Si se disuelven 10 g de bromuro de etileno en 80 g de 1,2 dibromopropano, calclese la presin de cada componente y la presin total de la solucin a 85 C. b) Calclese la fraccin molar del bromuro de etileno en el vapor en el equilibrio con la solucin anterior. c) Cul ser la fraccin molar del bromuro de etileno en una solucin a 85 C en equilibrio con una mezcla de 50:50 moles en el vapor?

Solucin: Para calcular la presin de cada componente se debe considerar la ley de Rault:

PC2H4Br2 = ( C2H4Br2 (P C2H4Br2PC2H4Br2 = ( C3H6Br2 (P C3H6Br2P C2H4Br2 = 173 mmHg

P C3H6Br2 = 127 mmHg

Las fracciones molares son:

Las presiones de vapor parciales son:

PC2H4Br2 = 0.118 ( 173 mmHg = 20.414 mmHg

PC3H6Br2 = 0.882 ( 127 mmHg =112.014 mmHg

La presin de vapor de la solucin es:

Ptotal = PC2H4Br2 + PC3H6Br2 = (20.414 + 112.014) mmHg

Ptotal = 132.428 mmHg

Puesto que se trata de soluciones ideales, su comportamiento puede mostrarse en un diagrama fraccin molar vs presin de vapor de ambas soluciones:

Del diagrama realizada a escala se puede dar una interpretacin del comportamiento de estas soluciones.

Por ejemplo se puede dar eventualmente la presin total de la solucin ideal cuando las fracciones molares de ambas sustancias son iguales, es decir 0.5.

Trace una lnea en la fraccin molar 0.5 y lea la interseccin en presin de vapor esto da aproximadamente 150 mmHg. en la prctica resulta muy til el uso de estos diagramas.

c) Para determinar las fracciones molares de estas sustancias en fase vapor, debemos recordar un concepto muy importante de las fracciones molares en funcin de las presiones parciales.

Entonces la fraccin molar del bromuro de etileno en la fase vapor es:

d) La fraccin molar del bromuro de etileno en la fase lquida cuando las fracciones molares en fase gaseosa son iguales ser:

Sean:

A = C2H4Br2 y B = C3H6Br2En fase gaseosa se cumple:

y

(1)

Adems:

(2)

Donde XA y XB son las fracciones molares en fase gaseosa y XA y XB, son las fracciones molares en solucin

Despejando PA y PB de (1)

(3)

Igualando ahora las ecuaciones (2) y (3)

Dividiendo estas ecuaciones y tomando en cuenta que XA = XB = 0.5

Considerando adems que:

XA + XB = 1

Y resolviendo el sistema de ecuaciones, encontramos que las fracciones molares en fase lquida son:

XA = 0.42

XB = 0.58

3.21 El benceno congela a 5.5 C y hierve a 80.2 C. Los calores latentes de fusin y ebullicin del benceno son, respectivamente, 30.3 y 94.2 cal/g. Calcular las constantes molales de los puntos de a) congelacin y de b) ebullicin del benceno. Los valores experimentales so 5.12 y 2.67 C/molal, respectivamente

Solucin: Las constantes molales dependen del calor latente de ebullicin y fusin respectivamente, y aproximadamente se puede calcular considerando la siguiente ecuacin:

a)

b)

3.22 En un aparato para helados de tipo casero se abate el punto de congelacin de un bao de agua que rodea el helado disolviendo NaCl para obtener una solucin salina. Se observa que una solucin salina al 15% se congela a 10.880 C. Cul es el factor de vant Hoff, i, para esta solucin?

Solucin: Datos

Tf(agua) = 0 C

Tf(solucin) = -10.88 C

Kc = 1.86 C/m

Consideremos la ecuacin (Tc = iKcm y despejando i, se tiene:

3.23 El cloruro de cesio se disuelve en agua segn la siguiente reaccin:

CsCl ( Cs+ + Cl-Una solucin 0.121 m de CsCl se congela a 0.403. Calcule i y la disociacin porcentual de CsCl en esta disolucin.

Solucin:

Considerando la ecuacin (Tc = iKcm y despejando i, se tiene:

donde: (Tc = 0 C (- 0.403 C) = 0.403 C

El factor de Vant Hoff ser:

La disociacin porcentual se calcula considerando la ecuacin:

los iones formados, como se observa en la ecuacin de disociacin es: ( = 2, reemplazando en la anterior expresin:

La disociacin porcentual es:

( = 0.7906 ( 100% = 79.06%

3.24 El compuesto complejo, K3[Fe(CN)6], se disuelve en agua segn la siguiente reaccin:

K3[Fe(CN)6] ( 3K+ + [Fe(CN)6-3]

Una solucin 0.126 m de K3[Fe(CN)6] se congela a 0.649 C. Calcule el factor de Vant Hoff y la disociacin porcentual de K3[Fe(CN)6] en esta solucin.

Solucin: Considerando la ecuacin (Tc = iKcm y despejando i, se tiene:

donde (Tc = 0 C (- 0.649 C) = 0.649 C

El factor de Vant Hoff ser:

La disociacin porcentual se calcula considerando la ecuacin:

los iones formados, como se observa en la ecuacin de disociacin es: ( = 4, reemplazando en la anterior expresin:

La disociacin porcentual es:

( = 0.5897 ( 100% = 58.97%

3.25 Al mezclar 17.6 kg del anticongelante comercial (etilenglicol, C2H6O2) con 6 galones de agua, se abate su punto de congelacin a 10.0 F. Suponga que se desea lograr el mismo efecto con sacarosa, C12H22O11 (que es una mala idea), en vez de etilenglicol. Cuntos kilogramos de sacarosa necesitara disolver? 1 galn = 3.785 litros.

Solucin: En principio calcularemos la molalidad del etilenglicol, puesto que hay que abatir el punto de congelacin a 10.0 F las molalidades deben ser idnticas, es decir:

a partir de la molalidad ha sido posible determinar la masa en kg de sacarosa para abatir la temperatura de congelacin, esto es se necesitan 97.09 kg de sacarosa.PROBLEMAS PROPUESTOS

(Soluciones)

3.1 a) Calcular la cantidad de sosa castica y de agua que se necesita para preparar 5 litros de una solucin al 20%, cuya densidad es 1.219 g/ml, b) Cual es la normalidad de est disolucin?, c) Cul es la molalidad?

Rpta.- 1219 g NaOH y 4876 g H2O; 6.095 N

3.2 Calcular el volumen de disolucin al 12% en peso de CuSO4, que podr prepararse con 1 kg de sulfato cprico cristalizado, (CuSO4(5H2O). La densidad de la solucin es 1.131 g/ml.

Rpta.- 4.71 litros

3.3 Determinar la masa de sulfato magnsico heptahidratado, (MgSO4(7H2O), que debe aadirse a 1.5 ( de agua para obtener una disolucin al 20% en masa de sulfato anhdro.

3.3 Se disuelven X g de MgCl2 en agua formando 2 litros de solucin, observndose una concentracin de 24 mg de Mg+2 en cada cm3 de solucin. Hallar el valor de X.

Rpta. 190

3.5 Se disuelven 130 g de una base de metal monovalente desconocida en agua formndose 1 litro de solucin. Hallar su normalidad si se sabe que 0.78 g de la base produce 0.03 moles de (OH)-1.

Rpta. 5 normal

3.7 Calcular el volumen de una disolucin de cido sulfrico de densidad 1.827 g/ml y 92.77% de H2SO4 que se necesita para preparar 10 litros de cido sulfrico 3 normal.

Rpta.- 868.2 ml

3.8 Determinar el volumen de una disolucin 2 normal de sulfato cprico que se necesita para preparar 10 g de xido cprico previa precipitacin del cobre como carbonato y calcinacin posterior de ste a xido. Considerar las siguientes reacciones:

Na2CO3 + CuSO4 CuCO3 + Na2SO4CuCO3 + calor CuO + CO23.9 Qu volumen de cido ntrico diluido, de densidad 1.11 g/ml y al 19% en masa de HNO3, contiene 10 g HNO3 ?

3.10 Calclese la molalidad de una solucin que contiene a) 0.65 moles de glucosa, en 250 g de agua, b) 45 g de glucosa en 1 kg de agua, c) 18 g de glucosa en 1 libra de agua.

Rpta.- a) 2.6 m, b) 0.25 m, c) 0.30 m

3.11 Una solucin acuosa etiquetada muestra una concentracin del 35% en masa de HClO4, una densidad de 1.251 g/cc. Cul es la concentracin molar y la molalidad de la solucin?

Rpta.- 4.36 M; 5.36 m

3.12 El agua y el metanol son miscibles en todas las proporciones, si se mezclan 16 g de metanol con 27 g de agua. Cul es la fraccin molar del metanol en la solucin?

3.13 Realice las siguientes conversiones siguientes:

a) Ca(OH)2 0.1 N en molaridad

b) 20 mg CuSO3/ml en molaridad y normalidad

c) 2.4 mg CaCl2/ml en molaridad y normalidad

d) 1.2 molal de nitrato de plata en tanto por ciento en masa

e) 2 N de H3PO4 en molaridad

3.14 Una reaccin requiere 3.4 milimoles de Na3PO4. Cuntos mililitros de una disolucin 1.8 N se usaran?

3.15 Se mezclan 150 cc de K2SO4 3 M con 80 cc de NaNO3 2M. Cul es la concentracin de cada sal en la disolucin al final?

3.16 Cuntos mililitros de H2SO4 3.0 M se necesitan para neutralizar 200 ml de 0.34 N de Ca(OH)2 ? Cuntos miliequivalentes de CaSO4 se formaran?

3.17 El cido clorhdrico concentrado tiene una concentracin de 37% en masa de HCl y tiene una densidad relativa de 1.184. Hallar la molaridad, normalidad y molalidad.

3.18 Se titularon exactamente 50 cc de una disolucin de Na2CO3 con 65.8 cc de HCl 3.0 N de acuerdo a:

Na2CO3 + 2HCl NaCl + CO2 + H2O

Si la densidad de la solucin de Na2CO3 es 1.25 g/cc. Qu porcentaje de Na2CO3 en masa contiene?

Rpta.- 16.7%

3.19 a) Que volumen de K2Cr2O7 0.40 N se necesita para liberar el cloro de 1.2 g de NaCl en una solucin acidifcada con H2SO4 ?

Cr2O7= + Cl- + H+ Cr+3 + Cl2 + H2O

b) Cuntos gramos de cloro gaseoso se liberan?

Rpta.- 51 ml; 0.73 g

3.20 Qu volumen de una disolucin de perclorato frrico 0.5 N se necesitan para preparar 25 g de cloruro frrico?, en una solucin bsica de hidrxido plumboso, considerando la siguiente reaccin qumica.

Pb(OH)2 + Fe(ClO4)3 FeCl3 + Pb3O4 + H2O

3.21 Si 600 cc de una solucin 1.1 N de HCl son diluidos hasta formar exactamente la solucin 1 normal. Qu cantidad de agua ha sido adicionada?

3.22 Una solucin de NaOH es 0.9 N. Qu cantidad de la misma ser necesaria para preparar un litro de solucin 0.1 N?

3.23 40 ml de solucin 0.5 N de HCl se mezclan con 30 cc de solucin normal de H2SO4. Cuntos ml de solucin 0.333 N de NaOH sern necesarios para neutralizar la mezcla de cidos?

3.24 Una muestra de un hidrxido alcalino puro (NaOH o KOH) es disuelta en agua y requiere 50 cc de solucin cida 0.5 N para su neutralizacin. De cul de las dos bases indicadas era la muestra?

3.25 Una muestra de 1.5 g de un metal puro ha necesitado 45.9 cc de solucin normal de HCl para ser disuelta. El metal es bivalente; calcular su peso atmico aproximado.

3.26 Cuantos gramos de hierro se disuelven en medio litro de solucin 0.1 N de HCl?

3.27 10 g de una solucin acuosa que contiene solamente Na2SO4 y H2SO4 se valora con solucin 0.5 normal de NaOH, de la cual se gastan 24.26 cc para la neutralizacin; la solucin resultante es tratada con BaCl2 en exceso y se obtiene 3.1526 g de BaSO4. Calcular el porcentaje de a) H2SO4 y b) Na2SO4 en la solucin original.

3.28 Si 51 cc de solucin 0.1 N de HCl son tratados con 49 cc de solucin 0.1 N de NaOH, calcular: a) la normalidad en cido de la solucin resultante; b) el nmero de gramos de NaCl que dejar la solucin al ser evaporada a sequedad.

3.29 La solucin de HCl de peso especfico relativo 1.9545 contiene 10.94% de HCl en masa, Cuntos ml son necesarios para preparar dos litros de solucin 2 N?

3.30 Cuntos litros de gas NH3 seco medido a 27 C y 733 mmHg , sern necesarios para preparar dos litros de solucin exactamente N de NH4OH.

3.31 25 cc de solucin 0.5 N de H2SO4 son agregados a 40 cc de solucin 0.25 N de NaOH. Cul est en exceso y en que cantidad?. Expresar la normalidad de la solucin resultante en funcin de a) el cido o la base en exceso; b) el in sulfato.

3.32 Calcular la pureza en tanto por ciento de una muestra de H2C2O4(2H2O partiendo del dato de que 1.00 g de la misma es neutralizado por 31.4 cc de solucin bsica 0.5 N.

3.33 Si 1 g de H2C2O4(2H2O puro neutraliza 33.0 cc de una solucin de KOH, calcular la concentracin de sta en: a) gramos de KOH por litro; b) normalidad como bases; c) molaridad.

3.34 La solucin de NH4OH de peso especfico relativo 0.954 contiene 11.64% de NH3. Calcular su normalidad como base.

3.35 Masa iguales de NaOH y KOH son disueltos separadamente en la misma cantidad de agua. Cul es la relacin de sus normalidades?.

3.36 Calcular la normalidad de una solucin de K2Cr2O7 sabiendo que 48 cc de la misma oxidan 1.375 g de FeSO4(7H2O puro.

3.37 Una solucin de H2SO4 de peso especfico relativo 1.160 contiene 22.25% en masa de H2SO4. Calcular: a) su normalidad; b) su molaridad, c) su molalidad, d) su fraccin molar.

3.38 Leemos en un libro de prcticas de qumica: Si se miden 40 ml de HCl concentrado (densidad 1.195 g/ml, 38.72% HCl) y se diluye hasta formar un litro de solucin, sta resulta aproximadamente 0.5 N. Hganse los clculos para ver si esto es verdad.

Rpta. 0.507 N

3.39 Calcular la normalidad de una solucin concentrada de H2SO4 segn los datos siguientes, densidad 1.8068 g/ml y 87.81% en masa

3.40 Se desea preparar exactamente 10 litros de solucin 0.750 N de NaOH. Cuntos mililitros de solucin de sosa custica de densidad 1.160 y 14.45% en masa de NaOH deben emplearse?.

3.41 Para preparar 10 litros exactos de solucin 0.111 N de KOH, disponemos de 40.22 g de KOH puro. Cuntos ml de solucin de potasa custica, de peso especfico 1.3010 del 31% en masa de KOH son necesarios para completar la solucin?

3.42 Se disuelve 350 g de cloruro de cinc anhidro (densidad relativa 2.91) en 650 g de agua, se obtiene una disolucin cuyo volumen total, a 20 C es de 740 ml. Calcular: a) la molaridad, b) la normalidad, c) la molalidad, d) las fracciones molares, e) el tanto por ciento en masa

Rpta. 3.47 M, 6.94 N, 3.95 m, 0.0665, 35% ZnCl

(Propiedades Coligativas)

3.43 A la temperatura de 65 C hallar la presin de vapor sobre una disolucin que contiene 13.68 g de sacarosa en 90 g de agua, si la presin de vapor saturado sobre el agua a la misma temperatura es igual a 25.0 kPa (187.5 mm Hg).

3.44 A que es igual la presin de vapor saturado sobre una disolucin al 10% de carbamida CO(NH2)2 a 100 C?

3.45 A la temperatura de 315 K, la presin de vapor saturado sobre el agua es igual a 8.2 kPa (61.5 mmHg). Cuanto disminuir la presin de vapor a la temperatura sealada, si en 540 g de agua se disuelven 36 g de glucosa?

3.46 A 293 K la presin de vapor saturado sobre el agua es igual a 2.34 kPa (17.53 mmHg). Cuntos gramos de glicerina C3H5(OH)3 se deben disolver en 180 g de agua para disminuir la presin de vapor en 133.3 Pa?

3.47 Cuntos grados aumentar el punto de ebullicin del agua si en 100 g de sta se disuelven 9 g de glucosa?

3.48 A que temperatura, aproximadamente, hervir la disolucin al 50% en masa de sacarosa?

3.49 A que temperatura, aproximadamente, cristalizar la disolucin al 40% en masa de alcohol etlico?.

3.50 Cuntos gramos de sacarosa se deben disolver en 100 g de agua para: a) disminuir la temperatura de cristalizacin en 1 grado; b) aumentar la temperatura de ebullicin en 1 grado?

3.51. En que relacin deben encontrarse las masas de agua y de alcohol etlico para que al mezclarlos, se obtenga una disolucin que se cristalice a 20 C?.

3.52 En el radiador de automvil vertieron 9 litros de agua y aadieron 2 litros de alcohol metlico (( = 0,8 g/ml. Hecho esto, a que temperatura mnima se puede dejar el coche al aire libre sin temer que el agua en el radiador se congele?

3.53 Al disolver 5.0 g de sustancia en 200 g de agua se obtiene una disolucin no conductora de corriente, la cual se cristaliza a -1.45 C. Determine el peso molecular del soluto.

3.54 Al disolver 13 g de no electrolito en 400 g de ter dietlico (C2H5)2O, la temperatura de ebullicin se elev en 0.453 K. Determinar el peso molecular del soluto.

3.55 En 60 g de benceno estn disueltos 2.09 g de cierta sustancia cuya composicin elemental en masa es como sigue: 50.69% de C; 4.23% de H y 45.08% de O. La disolucin se cristaliza a 4.25 C. Establecer la frmula molecular de la sustancia. El benceno puro se cristaliza a 5.5 C

3.56 Una disolucin acuoso-alcohlica que contiene 15% de alcohol desconocido (( = 0.97 g/ml) se cristaliza a -10.26 C. Hallar el peso molecular del alcohol desconocido y la presin osmtica de la disolucin a 293 K.

3.57 La temperatura de ebullicin de la disolucin acuosa de sacarosa es igual a 101.4 C. Calcular la concentracin molal y el tanto por ciento en masa de la sacarosa en la disolucin. A que temperatura se congela esta disolucin?

3.58 Cuntos gramos de glucosa C6H12O6 deben encontrarse en 0.5 litros de disolucin para que su presin osmtica (a igual temperatura) sea la misma que la de una disolucin, 1 litro de la cual contiene 9.2 g de glicerina C3H5(OH)3?

3.59 A 25 C la presin osmtica de la disolucin cuyos 200 ml contiene 2.80 g de compuesto macromolecular es igual a 0.70 kPa. Hallar el peso molecular del soluto.

3.60 A la temperatura de 20 C y 1 litro de disolucin de un no electrolito cuya presin osmtica es de 243.4 kPa se mezcla con 3 litros de disolucin de no electrolito cuya presin osmtica es igual a 486.8 kPa. Determinar la presin osmtica de la disolucin mezclada

3.61 Una disolucin en cuyos 100 ml se encuentran 2.3 g de cierta sustancia presenta, a 298 K, una presin osmtica igual a 618.5 kPa. Determinar el peso molecular de la sustancia

3.62 Un ml de disolucin contienen 1018 molculas de no electrolito disuelto. Calcular la presin osmtica de la disolucin a 298 K.

3.63 La presin de vapor del agua pura a 25 C es de 23.76 mmHg, Cul es la presin de vapor de una disolucin que contiene 12 g de glucuosa, en 50 g de agua ?

3.64 Se disuelven 24.63 g de glucosa en 150 g de agua. A 23 C la presin de vapor de la disolucin es de 20.73 mmHg y la del agua pura es de 21.07 mmHg. Qu peso molecular tiene la glucosa?

3.65 A 30 C, la presin de vapor del eter dietlico es de 646 mmHg y la de la acetona pura de 283 mmHg.. Calcule la composicin de una mezcla cuya presin sea 460 mmHg, suponiendo la idealidad.

3.66 A 11 C las presiones de vapor del clorobenceno, C6H5Cl y del bromobenceno C6H5Br son, respectivamente de 400 y 200 mmHg. Determinar la presin de vapor a esta temperatura de una mezcla lquida supuesta ideal, formada por un 30% de C6H5Cl y 70% de C6H5Br, en masa.

3.67 Suponga que se disuelven 5.0 gramos de una mezcla de naftaleno y antraceno, en 300 gramos de benceno. Se observa que la disolucin se congela a 4.85 C. Encuentre la composicin porcentual (en masa) de la mezcla.

3.68 Al mezclar 17.6 kg del anticongelante comercial (etilenglicol, C2H6O2) con 6 galones de agua, se abate su punto de congelacin a 10 F. Suponga que se desea lograr el mismo efecto en sacarosa, C12H22O11 ( que es una mala idea), en vez de etilenglicol. Cuntos kg de sacarosa necesitara disolver? ( 1 galn = 3.785 ( )

3.69 El calor latente de fusin del cloruro mercrico (HgCl2) es de 16.9 cal/g en su punto de fusin de 265 C. Al colocar en 50 g de aqul, que acta como disolvente, 0.849 g de cloruro mercuroso que acta como soluto, el punto de fusin de la solucin desciende en 1.24 C. Estimar el peso molecular del cloruro mercuroso y su frmula molecular.

Rpta.- 236.1; Hg2Cl23.70 Una disolucin de 0.52 g de cloruro potsico en 83.6 g de agua congela a - 0.291 C. Calcular el factor de vant Hoff, el coeficiente osmtico y el grado de disociacin aparente del KCl. Kc(H2O) = 1.86 C/mol.

Rpta. i = 1.876; g = 0.938; ( = 0.876

3.71 El punto de ebullicin de una disolucin de 3.41 g de cloruro clcico en 100 g de agua es 100.21 C. Calcular el factor de vant Hoff, el coeficiente osmtico y el grado de disociacin aparente del cloruro de bario. Ke(H2O) = 0.52 C/mol

Rpta. i = 2.466; g = 0.822; ( = 0.733

3.72 Una disolucin de cloruro de cinc al 1%, y de densidad prcticamente la unidad, congela a 0.28 C. Calcular el grado de disociacin aparente del cloruro de cinc, y a partir de l, la concentracin de los iones en la disolucin.

Rpta. ( = 0.516; [Zn+2] = 0.0375 M

3.73 Calcular la presin de vapor a 100 C de una disolucin de cloruro de sodio al 10%, suponiendo que el grado de disociacin aparente de la sal sea del 90%.

Rpta. 713.6 mmHg

3.74 Una disolucin de cloruro potsico que contiene 1 g de sal por litro ejerce , a 14 C, una presin osmtica de 456 mmHg. Calcular el valor del coeficiente osmtico y el grado de disociacin aparente del cloruro potsico.

Rpta. g = 0.951; ( = 90.1%

3.75 Calcular la presin osmtica a 18 C de una solucin de cloruro sdico que contiene 2.5 g de sal en 100 cm3, si el factor de van Hoff es igual a 1.83.

Rpta. 18.68 atm

3.76 Un cloruro hidratado de calcio contiene 27.21% de Ca y 28.30% de Cl. La disolucin formada al disolver 0.364 g del compuesto en 50 g de agua empieza a congelar a 0.29 C. a) Escribir la frmula racional del compuesto, b) determine el factor de vant Hoff. Kc(H2O) = 1.86 C/mol

Rpta. CaCl2H2O; i = 3.12

3.77 Una solucin acuosa con 5.00% en peso de cido sulfrico, tiene un punto de congelacin de 2.17 C. Calcular:

a) El factor de Vant Hoff.

b) El coeficiente osmtico de la solucin

Rpta.- 2.17; 0.723

3.78 Una solucin acuosa 0.100 molal de cido actico, presenta disociado el CH3COOH en 1.35%. Calcular:

a) El punto de congelacin de la solucin

b) La presin osmtica de la solucin

Rpta.- -0.188 C; 2.48 atm

3.79 Se ha disuelto 160 g de cido oxlico en 1000 g de agua, resultando que la solucin hierve a 102.41 C, a la presin de 1 atm. Calcular el grado de disociacin del COOH COOH.

Rpta.- 0.82

3.80 El descenso de la presin de vapor producido por un mol de NaCl en 1000 g de agua a 18 C, es de 0.475 mmHg. La tensin de vapor de agua a 18 C es de 15.477 mmHg. Calcular:

a) El factor de Vant Hoff.

b) La presin osmtica

Rpta.- 1.734; 41.38 atm

EMBED Equation.3

Las molculas de azcar no pueden atravesar la membrana

H = ( = (gh

Figura 3.14

Figura 3.12 - 3.14

Experimento de smosis. El agua pasa a travs de la membrana a la solucin de azcar en el compartimiento del sistema. El flujo de agua cesa cuando el lquido en el embudo ejerce hacia abajo una presin suficiente (la presin osmtica).

Disolvente

puro

(Agua)

Rebalse de la solucin

Figura 3.13

Las molculas de agua atraviesan la membrana

Figura 3.12

Membrana

Agua

Solucin de azcar

TABLA 3.2

Algunas propiedades de disolventes comunes

(P

(Tc

(Te

Temperatura (C(

Figura 3.11

Diagrama de fase del H2O y de una solucin acuosa

Presin de vapor (mmHg(

II

I

III

Figura 3.8

A

PRESION DE VAPOR DEL DISOLVENTE

Xdisolvente

Figura 3.10

B

A

PRESION DE VAPOR DEL DISOLVENTE

Xdisolvente

Figura 3.9

B

A

PRESION DE VAPOR DEL DISOLVENTE

Xdisolvente

B

Figura 3.7

B

A

PRESION DE VAPOR DEL DISOLVENTE

Xdisolvente

FIGURA 3.6

La figura A muestra la presin de vapor del agua pura, la figura B el equilibrio de dos sistemas que contienen agua pura, en la figua C la presin manomtrica (diferencia de altura) de los dos lquidos se debe al vapor de agua pura. Esta presin es menor sobre la solucin azucarada, por que hay menos molculas de agua por unidad de rea de superficie al evaporarse.

Fig. C

Fig. A

Algunas estrategias:

La molaridad y la normalidad se calculan partiendo de la densidad y del porcentaje de composicin de una solucin. En soluciones diluidas la densidad de la solucin es muy semejante a la densidad del disolvente puro. Para calcular la molalidad y fraccin molar solo es necesario conocer el porcentaje de composicin de la solucin.

TABLA 3.4: Efecto de la temperatura sobre la

solubilidad( de los gases en agua((

TABLA 3.3

Solubilidad del oxgeno en agua a 25 C

Cl

Cl

Cl

Cl

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

BENCENO

TETRACLORURO

DE CARBONO

Figura 3.5

Algunas molculas no polares

AMONIACO

N

H

H

H

(+

AGUA

ALCOHOL METILICO

Figura 3.4

Algunas molculas polares

H

H

H

H

O

C

(+

(+

YUPI

(-

H

H

O

(-

Figura 3.3

Efecto de la temperatura en las solubilidades de algunas sales.

KI

KBr

KCl

NaCl

K2SO4

KNO3

100

120

140

160

20

40

60

80

180

200

70

80

90

10

20

30

40

50

60

100

Temperatura en grados Celcius

C

EMBED Equation.3

Fuente luminosa

Haz de luz no visible

B

A

materia

Mezclas

homogneas

(soluciones)

compuestos

Figura 3.1

Relacin entre los materiales

elementos

mezclas

Solubilidad en g soluto/100 g agua

Haz de luz visible

TABLA 3.2

Clasificacin de los coloides segn el estado de agregacin

sustancias

AGUA

Mezclas

heterogneas

TABLA 3.1

Clasificacin de la mezclas segn el tamao de miscela

Soluto es la sustancia que se disuelve a travs del disolvente en forma de molculas o iones para formar una sola fase. En una solucin puede existir mas de un soluto.

EMBED Equation.3

Disolvente o solvente, es la sustancia donde se disuelve el llamado soluto. Generalmente es aquella que se encuentra en mayor cantidad. En toda solucin existe un solo solvente.

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Haz de luz visible

Haz de luz no visible

Figura 3.2

Dispersin de un haz de luz por partculas coloidales conocido como efecto Tyndall. La presencia de partculas coloidales pueden detectarse con facilidad con ayuda de un haz de luz.

A: Oro coloidal, una solucin dorada

B: Solucin de NaCl

C: Humo de tabaco, Un aerosol

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Fig. B

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED PBrush

EMBED Equation.3

EMBED PBrush

Fig. 2.13

V = 100 ml

96%H2SO4

( = 1.84

V = ?

%H2SO4 =?

( = 1.22

H2O

EMBED PBrush

cido de cmara

(60%) H2SO4

Agua evaporada

(0%) H2SO4

cido resultante

( 98%) H2SO4

AQ

BQ

CQ

0.12

0.5

1.0

( Bromuro de etileno

0.88

0.5

( Dibromo propano

127

173

132

Presin de vapor [mmHg]

150

EMBED PBrush

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

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EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

1 Ebbing Darrell D. Segn este autor una sustancia (o sustancia pura) es una clase de materia que no puede ser separada en otras clases de materia por ningn proceso fsico.

La electronegatividad de un elemento mide la tendencia relativa del tomo a atraer los electrones hacia s cuando se combina qumicamente con otro tomo ( vase captulo 1 ).

Whitten Kennet W. define entropa como la medicin del desorden de un sistema, mientras mayor sea el desorden de un sistema, mayor ser su entropa.

Proceso endotrmico es cuando en el proceso de disolucin de un soluto, en el disolvente, ste absorbe energa del medio ambiente.

Punto final es el punto en el cual el indicador cambia de color y se define la titulacin en una reaccin de neutralizacin.

5 Fuente: Viceministerio de Industria y comercio interno. De acuerdo al Sistema Internacional de unidades el smbolo de tonelada mtrica es t

COMPENDIOS DE QUMICA GENERAL PARA ESTUDIANTES DE CIENCIAS E INGENIERA

COMPENDIOS DE QUMICA GENERAL PARA ESTUDIANTES DE CIENCIAS E INGENIERA

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