PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES
Propiedades del agua
La molécula de agua tiene la capacidad de formar 4 enlaces Puente de Hidrogeno con moléculas vecinas como consecuencia de su estructura electrónica (molécula angular con dos pares de electrones libres) esta propiedad le otorga a sus constantes físicas como el punto de fusión, punto de ebullición, calor de vaporización, calor especifico, etc., valores muy elevados en comparación con los hidruros análogos de los restantes congéneres del grupo al que pertenece el O2.
A diferencia de la mayoría de los líquidos, la densidad de su sólido (hielo) es menor que la densidad del agua liquida, esto es consecuencia de su estructura hexagonal, sumamente ordenada en el hielo que evita que las moléculas se acerquen mucho entre ellas quedando huecos llenos de aire.
Cambios de fase
Fase: porción de materia homogénea
Cambio de fase: transición de una fase en otra
Presión de Vapor:
La presión de Vapor de un líquido o un sólido es la presión ejercida por su vapor cuando el vapor y el líquido o el sólido se encuentran en equilibrio dinámico en un recipiente cerrado a determinada temperatura
La tendencia de escape de las moléculas de una fase condensada (sólido o líquido) al estado de vapor, depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares
A igual temperatura tendrá mayor presión de vapor (será mas volátil) aquel liquido o sólido cuyas fuerzas intermoleculares sean mas débiles.
Aumenta con la temperatura porque en esta condición las moléculas se mueven con más energía y pueden escapar mas fácilmente de la interacción con sus vecinas en la fase condensada.
Punto de Ebullición:
La temperatura a la cual un líquido pasa a la fase gaseosa
A esa temperatura la presión de Vapor de un líquido es igual a la presión externa
Coexisten en equilibrio dinámico ambas fases
Punto de fusión:
Temperatura a la cual un sólido pasa a líquido.
Varía ligeramente con los cambios de presión
Coexisten en equilibrio dinámico ambas fases
Diagrama de Fases:
Representación grafica de la presión de vapor en función de la temperatura
Permite establecer las condiciones de presión de vapor y temperatura en la que puede existir sustancia pura como sólida, liquida, o gaseosa.
Permite establecer las condiciones de presión de vapor y temperatura en la que coexisten varias fases, determinando así el Punto Triple y la Temperatura Critica
Diagrama de Fases del Agua:
Presenta una peculiaridad: su pendiente negativa en la curva que representa el equilibrio sólido-liquido, esto indica que la temperatura de fusión del hielo disminuye con la presión, propiedad atribuida a la estructura particular del hielo (seminario 1)
Solución Ideal:
Aquella donde la mezcla de soluto y solvente es atérmica y donde no hay contracción ni expansión del volumen
Ambas son consecuencia de que las fuerzas intermoleculares ST-SV son iguales a las fuerzas intermoleculares ST-ST y SV-SV
Propiedades Coligativas
Propiedades físicas del solvente que se ven afectadas por la presencia de soluto, independientemente de la naturaleza del mismo.
Dependen del número de partículas de soluto y no de su naturaleza química.
Partículas de soluto: moléculas o iones que se encuentran separados por moléculas de solvente.
DESCENSO DE LA PRESION DE VAPOR
La presión de vapor de un solvente disminuye al disolver un soluto no volátil en el porque la presión de vapor depende de la facilidad con la que las moléculas son capaces de escapar de la superficie del liquido. Cuando hay un st disuelto, parte del volumen total de la solución esta ocupado por moléculas de soluto y por lo tanto hay menos moléculas de solvente por unidad de área. En consecuencia, las moléculas de solvente se vaporizan en menor velocidad en presencia de soluto
Ley de Raoult: La presión de vapor de un solvente en presencia de un soluto no volátil es directamente proporcional a la fracción molar del solvente
P = xsolvente . P0
P: presión de vapor del solvente en la solución
P0: presión de vapor del solvente puro
X: fracción molar del solvente en la solución.
(fracción molar: Xsoluto=nsoluto/ntotal)
Las soluciones ideales cumplen con la Ley de Raoult.
Cuanto mayor es la fracción molar del soluto en la solución, mayor será el descenso de la presión de vapor del solvente en la solución con respecta a la presión de vapor del mismo cuando se halla puro.
Desviaciones de la Ley de Raoult:
Para soluto y solvente volatiles
Desviación Positiva: Endotermico: ST-SV < ST-ST o SV-SV
Desviacion Negativa: Exotermico: ST-SV > ST-ST o SV-SV
ASCENSO EBULLOSCOPICO
Aumenta el punto de ebullición del solvente al agregar un soluto no volátil que provoca una disminución de la presión de vapor del solvente.
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ΔTe = ke . m
(ΔT = Tsv en sc – Tsv puro)
ke: constante molal del ascenso ebulloscópico
m: molalidad de la solución
ΔTe = ke . 1000 . W2 .i
W1 . M2
W1: masa de SV
W2: masa de ST
M2: peso molecular del ST
DESCENSO CRIOSCOPICO
Se observa una disminución del punto de fusión de la solución respecto al del solvente puro cuando un soluto se disuelve en un solvente para dar lugar a una solución
ΔTf = kf . m
kf: constante molal del descenso crioscópico
m: molalidad de la solución
ΔTf = kf . 1000 . W2
W1 . M2
W1: masa de SV
W2: masa de ST
M2: peso molecular del ST
Esta formula es útil para la determinación de pesos moleculares
PRESIÓN OSMOTICA
Una membrana semipermeable ideal es la que deja pasar el solvente y no deja pasar el soluto.
Osmosis: Cuando dos soluciones de diferente concentración de partículas están separadas por una membrana semipermeable, se observa un proceso de pasaje del solvente de la solución mas diluida a la más concentrada.
Las moléculas de solvente pasan en ambas direcciones, pero lo hacen a diferentes velocidades, hasta que se igualan las concentraciones momento en el que se establece un equilibrio dinámico donde no se observa un flujo neto de solvente en ninguna de las direcciones.
Presión Osmótica (π): La presión necesaria para detener el flujo neto de solvente. Esta relacionada con la M de la solución
Π = M . R . T
Π = W2 / (PM2 . V)
M: molaridad de la solución
R: constante de los gases ideales
T: temperatura (K)
Factor i de Van’t Hoff
Al medir experimentalmente las propiedades coligativas de soluciones de igual concentración de diferentes tipos de soluto, se observa que estas son diferentes dependiendo de si el soluto es o no un electrolito.
La relación entre el valor experimental de la propiedad coligativa determinada y el valor esperado teóricamente para esta solución según su concentración, se denomina factor “i” de Van’t Hoff y es un factor de corrección que indica el numero real de partículas que determina una propiedad coligativa dada.
i = Propiedad coligativa experimental
Propiedad coligativa teórica
“i” aproximadamente igual a 1:
Se da en soluciones donde el soluto es una sustancia molecular que no se asocia ni disocia en solución (no da electrolitos)
“i” mayor que 1:
Se da en soluciones de sustancias iónicas que sufren disociación en presencia del solvente dando lugar al a formación de iones, es decir mayor numero de partículas de las originalmente disueltas
El valor “i” tendrá un valor cercano al número de partículas en las que se disocian los electrolitos considerados.
A mayor concentración de la solución habrá mayor interacción de los iones con la formación de pares iónicos que actuaran como partículas individuales, por lo que para las soluciones de diferente concentración de un mismo electrolito, a medida que aumente la concentración, el valor “i” será menor y se alejara mas del numero entero al cual tiende la solución infinitamente diluida de dicho electrolito.
Mientras mas se diluye, mas se acerca al “i” calculado en la situación ideal.
“i” menor que 1:
Se da en soluciones de soluto que se asocian en presencia de solvente.
Se forman dímeros (dos partículas forman una sola) por lo que la propiedad coligativa experimental resultara menor y aproximadamente la mitad de la esperada, pues de cada dos partículas resulta una.
Como todas las propiedades coligativas dependen del número de partículas en el solvente, todos los cálculos están afectados por el valor “i”
Descenso de la presión de vapor: ΔP = (nST . i / nST . i + nSV) . P0
Descenso crioscópico: ΔTf = kf . m . i
ΔTf = kf . 1000 . W2 .i
W1 . M2
Ascenso ebulloscópico: ΔTe = ke . m . i
ΔTe = ke . 1000 . W2 .i
W1 . M2
Presión osmótica: Π = M . R . T . i
Π = (W2 / (PM2 . V)) . R . T
Propiedades coligativas aplicadas a sistemas biológicos
Las propiedades coligativas pueden ser separadas en dos grupos
Propiedades de la solución:
Son consecuencia directa del número de partículas de soluto en la solución: el descenso de la presión de vapor, el descenso crioscópico y el descenso ebulloscópico
Propiedades de la membrana:
La presión osmótica que depende fundamentalmente de la propiedad de semipermeabilidad de la membrana
Osmolaridad:
Dos soluciones son isoosmóticas cuando tienen el mismo número de partículas (con el factor “i” incluido) en la solución.
Se utilizan los conceptos relativos de Hipoosmótico o Hiperosmótico.
La selectividad relativa de las membranas para dejar pasar el solvente y no el soluto depende de las membranas y del soluto
Las membranas celulares, (la del glóbulo rojo es la mas estudiada) tienen permeabilidad selectiva. Por ejemplo, un glóbulo rojo deja pasar agua, urea, amoniaco, etanol y metanol y excluye Na+, K+ y glucosa.
Tonicidad:
Describe la selectividad relativa de la membrana
Las soluciones Isotónicas respecto a una membrana biológica no generan flujo neto de agua
Considerando la del glóbulo rojo:
Soluciones Isotónicas: no generan flujo de agua
Soluciones Hipotónicas: producen flujo de agua hacia el interior de la célula, lo que resulta en aumento del volumen celular y eventualmente el estallido de la célula (hemólisis)
Soluciones Hipertónicas: producen flujo de agua desde la célula a la solución, lo que resulta en la disminución del volumen de la célula (crenado)
COLOIDES
Un coloide es un sistema heterogeneo formado por partículas de una sustancia finamente dividida (fase dispersa) en una fase macroscopica continua (fase dispersante)
Características de una solución coloidal:
Las partículas:
Poseen carga electrica esencial para la estabilidad de la dispersión
Se encuentran rodeadas de iones con carga electrica contraria (contrapones). Forman una doble capa electrica.
Adquieren carga electrica por:
Ionizacion: geles, proteínas, acidos nucleicos, polisacaridos, micelas
Adsorcion de iones: Au, AgCl, emulsiones
Presentan movimiento browniano (azaroso)
Se detectan opticamente por la observación al microscopio y por el efecto Tyndall
Clasificacion de los coloides
Según afinidad entre moléculas de la fase dispersa y la fase dispersante:
Liofilos:
Alta afinidad por la fase dispersante
Termodinámicamente estables
Liofobos
Baja afinidad por la fase dispersante
Termodinámicamente inestables
Cuando la fase dispersante es Agua;
Hidrofilos
Las moléculas se orientan con su parte hidrofila hacia el agua logrando una interacción favorable
Hidrofobos
Las partículas se agrupan entre si estabilizandose por adsorcion de cargas en su superficie o por la presencia de grupos hidrofilicos
La sustancia que tiene mas cantidad de partículas tiene P de Fusión mas bajo
La sustancia que tiene mas cantidad de partículas tiene P de Vapor mas bajo