Unidad 14 Propiedades Coligativas

Propiedades de las Soluciones y Coloides  José N. Carrasquillo Carrasquillo,, Ph.D. Ph.D.

Soluciones: Definición 

Mezcla homogénea de: 



Soluto(s): sustancia(s) presente(s) presente(s) en menor concentración o cantidad.

Disolvente: Sustancia presente en mayor concentración concentración o cantidad. cantidad.

Tipos de soluciones Fase de la soluci solución ón Fase del soluto

Fase del diso disolvente lvente Ejemplo

Solución gaseosa

Gas

Gas

Aire

Solución líquida

Gas

Líquido

Refresco de soda (CO2 y H2O)

Líquido

Líquido

Vodka (etanol y H2O)

Sólido

Líquido

Agua de mar (Sal  y H2O)

Sólido

Sólido

Bronce (Cu & Zn +otros)

Solución sólida

Dependencia: 1. Solubilidad Solubilidad:: cantidad cantidad máxima de sustanc sustancia ia a disolver disolverse se en cierta cantidad cantidad de disolv disolvente. ente. 2. Entropía 3. Fuerza Fuerzass inter intermol molecu ecular lares: es: solu solutoto-dis disolv olvent entee

Soluciones y Entropía

Soluciones y Entropía

Soluciones y Fuerzas Intermol Intermoleculares eculares 

Principio fundamental:

“Like dissolves like”

(lo igual mezcla con lo igual).  Miscible: sustancias

mezclan entre sí Inmiscible: sustancias no-mezclan

Soluciones y Fuerzas Intermol Intermoleculares eculares 

Fuerzas Intermoleculares en Solución

Soluciones y Fuerzas Intermol Intermoleculares eculares 

Interacciones manifestadas en una solución:

Soluciones y Fuerzas Intermol Intermoleculares eculares 

Criterios para la formación de soluciones:

Soluciones y Fuerzas Intermoleculares 

Solubilidad de sustancias anfifílicas:

Energía de formación de soluciones Desagregación del soluto

Desagregación del disolvent diso lvente e

Formación de la mezcla (interacciones (interacciones soluto-disolvente)

Energía de formación formación de soluciones (ΔHsoluto + ΔHdis) + ΔHmezcla) ΔHsoln = (Δ ΔHsoluto = endotérmico (+)  (romper interac. soluto-soluto) ΔHdis = endotérmico (+)  (romper interac. disolvente-disovente) ΔHmezcla = exotérmico (-)  (dar lugar a interac. soluto-disolvente)

(endotérmico) ΔHsoln = (+) (endotérmico) (-) (exotérmico) (exotérmico) ΔHsoln = (-)

Energía de formación de soluciones

Energía de formación formación de soluciones

Energía de formación de soluciones

Energía de formación de soluciones |ΔHsoluto| < |ΔHhidratación|

Energía para separar el soluto es menor que menor que la energía liberada al hidratar los iones

|ΔHsoluto| > |ΔHhidratación|

Energía para separar el soluto es mayor que mayor que la energía liberada al hidratar los iones

|ΔHsoluto| ~ |Δ |ΔHhidratación|

Energía para separar el soluto es casi igual a igual a la energía liberada al hidratar los iones

Energía de formación de soluciones 

Comparación de la entalpía entalpí a de hidratación hidrataci ón entre iones (tendencia para predecir) 





Densidad de carga (carga del ión/volumen del ión): a mayor densidad de carga más negativo (exotérmico) el ∆Hhydr  A mayor mayor carga (positiva o negativa) negativa) más exotérmica exotérmica (o mayor) será la energía de hidratación  A menor radio iónico mayor mayor (más exotérmica) exotérmica) será la energía de hidratación.

Energía de formación de soluciones 

Entalpía de hidratación entre iones

Ión

Li+

Be2+

F-

76 -510

45 -2,439

133 -431

Na+

Mg2+

Cl-

102 -410

72 -1,903

181 -313

K+ 138 -336

Ca2+ 100 -1,591

Br 196 -284

Rb+ 152 -315

Sr 2+ 118 -1,424

I220 -247

Cs+ 167 -282

Ba2+ 135 -1,317

Silberberg (1996) (1996) p. 473 (Ed. Mosby)

Radio iónico (pm)  ΔHhydr

(kJ/mol) Orden de prioridad: prioridad: 1) Magnitud de cargas 2) Radio iónico

Factores que afectan la solubilidad 

Concentración de la solución: Solución Insaturada: soluto(ac) es menor que la conc. conc. equilibrio equ ilibrio Solución Saturada: soluto(s) en equilibrio equilibri o ccon on soluto (ac) ac) Solución Supersaturada: soluto(ac) ac) es mayor que la concentración que debe haber en equilibrio (solución inestable)  



Cristal de NaOAc añadido

Factores que afectan la solubilidad 

Temperatura Sólidos: 

T

aumenta;

Solubilidad

aumenta

Factores que afectan la solubilidad 

Temperatura Gases: 

T aumenta; Solubilidad disminuye

Factores que afectan la solubilidad 

Presión (gases) 

Ley de Henry

Sgas = kHPgas

Factores que afectan la solubilidad 

Presión (gases) 

Ley de Henry

Sgas = kHPgas

*Utilidad: conocer Sgas a diferentes condiciones de presión

Sgas(1) = kHPgas (1) Sgas(1) kH= Pgas (1)

Sgas(2) = kHPgas (2) Sgas(2) kH= Pgas (2)

Sgas(1) Sgas(2) = Pgas (1) Pgas (2)

Ejercicio (Ley (Ley de Henry) 



Calcule la presión presi ón de CO CO2 necesaria  necesaria para mantener su concentración a 0.12 M a 25oC en un padrino padrino de refresco. refresco.

27g de acetileno (C2H2) se disuelve en 1.00L 1.00 L de acetona a 1.00

atm de presión. ¿Cuál ¿Cuál es la solubilidad de acetileno en acetona si la presión aumenta a 12.00 atm?

Preparación de soluciones 

Soluto sólido + H2O

+ H2O

Preparación de soluciones 

Soluto líquido

(Información/etiqueta) •Densidad (g/mL) •Molaridad (mol/L) •%(m/v)

+ H2O

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Molaridad (M): moles de soluto por litro (L) de solución. soluci ón. También equivalen a los mmol de soluto por mL de solución. soluci ón.

mol soluto M= L-solución

Ejercicio: Calcule Calcul e la molaridad molari dad de sulfato una solución soluc ión que contiene 1.75 mmol de SO42- en 2.500 L de solución.

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Molalidad (m): moles moles de soluto por kg de disolvente.

mol soluto m= kg disolvente Ejercicio: 5.67 g de glucosa (C6H12O6, 180.2 g/mol) fueron disueltos en 25.2 g de H2O. Calcule Calcu le la molalidad molal idad de glucosa en dicha solución

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento por masa: 

Masa de soluto por cada cien gramos de solución

(Expresión)

%(m/m)= P orci ento ento por mas mas a (P or cada 100 g s oln) oln)

Masa de soluto(g) 100g solución P artes por mas mas a (P or cada g ramo ramo de s oln) oln)

45g soluto

0.45g soluto = 45% (m/m) soluto = = 0.45 g soluto/g soln. 1g solución 100g solución C onvers ión útil para para calcula calcularr g ramos ramos de s oluto oluto o s oluci olución ón a partir partir de %(m/m) %(m/m)

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento por masa:

(Cómputo)

%(m/m)=

Masa de soluto(g) Masa de solución (g)

x 100

Partes por masa

%(m/m)= (

) x 100

Masa de solución (g) = (Masa de soluto(s) + Masa de disolvente)

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento por masa:

NaCl se mezclan mezcla n con 96.5g de agua. Ejercicio: 3.5 g de NaCl Calcule el porciento por masa de NaCl en la solución. 2 .40% por po r masa en Ejercicio: 425 g de una solución es 2.40% acetato de sodio, NaC2H3O2. ¿Cuántos Cuántos gramos gramo s de NaC2H3O2 hay en la solución. clorhíd rico, con Ejercicio: 25.00 mL de solución de ácido clorhídrico, densidad de 1.368g/mL, es 20.2% por masa en HCl. Calcule los gramos de HCl en la solución.

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento por volumen: volumen: 

 Volumen  V olumen de soluto por cada cien litros de solución

(Expresión)

%(v/v)=  volumen de soluto(L) 100L solución

P orci ento ento por v olume olumen n P artes por volumen volumen (P or cada 100 L s oln) oln) (P or c ada litro de soln)

64 L soluto

0.64 L soluto = = 0.64 L soluto/L soln 64% (v/v) soluto = 1L solución 100 L solución C onvers ión útil para para calcular calcular volumen volumen de solut s oluto o o solución s olución a parti partirr de %(v/ %(v /v)

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento por volumen: volumen:

(Cómputo)

 Vol. de soluto(L)

%(v/v)=  Vol. de solución (L)

x 100

Partes por volumen

%(v/v)= (

) x 100

 Volumen de solución (L) = (Vol. de soluto + Vol. de disolvente)

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento por volumen: volumen:

solució n alcohólica fue preparada con Ejercicio: Una solución 50.00 mL etanol y 2.500 L H2O. Calcule el porciento  volumen  volumen por volumen (%v/v) de de etanol.

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento masa por volumen: volumen: (Definición)

25% (m/v) soluto =

%(m/v)=

masa de soluto(g) 100 mL solución

P orciento orc iento ma mas a por volumen (P or ca c ada 100 mL mL s oln) oln)

P artes artes de mas mas a por volumen volumen (P or ca c ada mL de sol s oln) n)

25 g soluto

0.25 g soluto 1 mL solución

100 mL solución

=

C onvers ión útil para para calcula calcularr g ramos ramos de s oluto oluto o mililitros mililitros de sol s oluci ución ón a partir partir de %(m/v) %(m/v)

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento masa por volumen: volumen:

(Cómputo)

%(m/v)=

masa de soluto(g)  Vol. de solución (mL)

x 100

 Volumen de solución (mL) = (Vol. de soluto(s) + Vol. de disolvente)

%(m/m)=

masa de soluto(g)  Vol. de solución (mL)

%(m/v)= %(m/m) x dsoln

x 100 / (dsoln (g/mL))

%(m/m)=

%(m/v) dsoln

= 100

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Porciento masa por volumen: volumen:

Ejercicio: 15,000 µL de “VICKS fórmula 44” contiene 20.00 mg de Dextromethorphan HBr (supresor de tos) y 200 mg de Guaifenesin (expectorante).

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Fracción molar:

(Def./cómputo)

X A  =

moles de sustancia A moles de solución

moles (tot.) de solución = mol sustancia A + mol disolvente(sust. B) + etc.)

X A  = 0.25 =

0.25 mol soluto 1 mol solución

Expresión de concentr concentración ación de soluto(s) en soluciones 

Fracción molar:

Ejercicio: 35g de tolueno y 125g de benceno fueron mezclados para hacer una solución de hidrocarburo. Calcule la fracción molar de ambos componentes.

Conversión entre expresiones de concentración Ejercicio: Una solución es 0.120 m en glucosa (C6H12O6, 180.2 g/mol) y tiene densidad de 1.25 g/mL. Para glucosa calcule: 1. La frac fracci ción ón mola molarr 2. Molar olarid idad ad 3. %(m/m)

Conversión entre expresiones de concentración Ejercicio: Una solución es 8.50% por masa en NH4Cl. Si la densidad de la solución es 1.024 g/mL, calcule para NH4Cl: 1. La frac fracci ción ón mola molarr 2. Molar olarid idad ad 3. Molal olaliidad dad 4. %(m/ (m/v)

Propiedades coliga coligativas tivas 



Definición: Propiedades de las soluciones que dependen de la cantidad de soluto, sin importar el tipo de soluto (naturaleza) (Tro, (naturaleza) (Tro, 2010). (requisito: miscible) Tipos: 

 



Descenso en presión presi ón de vapor (Δ (ΔP vap)  Aumento en punto punto de ebullición (Δ (ΔTb) Descenso en punto de congelaci congelación ón (Δ (ΔTf ) Generación de presión osmótica (Π)

Propiedades coligativas: Parámetros Propiedad coligativa Disminución en presión de  vapor  Aumento en punto punto de ebullición

Soluto covalente (no  volátil))  volátil ΔP vap = X soluto Podis ΔTb = Kbm

Disminución Disminución en punto de fusión

ΔTf  = Kf m

Generación de presión osmótica

Π = MRT

Propiedades coliga coligativas tivas

ΔTb ΔPvap

ΔTf 

Propiedades coligativas: Descenso en presión de vapor

Po vap.disolv  vap.disolvent ent o Po vap.soln  < P  vap.soln  vap.dis  vap.dis

Po vap.solución  vap.solución o  P ΔP = Po vap.dis  vap.dis  vap.soln  vap.soln

Propiedades coligativas: Descenso en presión de vapor

Disminución en la evaporación del disolvente

Propiedades coligativas: Descenso en presión de vapor 

o  = X   P Ley de Raoult: Po vap.soln  vap.soln dis  vap.dis  vap.dis o o o  P ) = (P  X   P ΔP = (Po vap.dis –  vap.dis  vap.soln  vap.soln  vap.dis  vap.dis dis  vap.dis  vap.dis)

 X dis = (1 – X soluto) o o ΔP = (Po vap.dis  vap.dis - P  vap.dis  vap.dis + X soluto P  vap.dis  vap.dis)

ΔP = X soluto Po vap.dis  vap.dis)

Propiedades coligativas: Descenso en presión de vapor 

Ejercicio: Unos 5.67g de glucosa (C6H12O6, 180.2 g/mol) fueron disueltos en 25.2g de agua a 25 25oC (Poagua = 23.8 mmHg). Calcule: 

Descenso en presión de vapor de agua:



Presión de vapor de la solución:

Propiedades coligativas: Descenso en presión de vapor (soluto volátil) 

Para soluto no-volátil no-volátil:: 



P vap soln = P vap dis = X dis Podis (no hay presencia del soluto en el vapor)

Para soluto volátil: 



P vap soln = P vap dis + P vap soluto = X dis Podis + X soluto Posoluto (aunque mutuamente se disminuyan la presión de  vapor; el vapor vapor estará más enriquecido (tendrá (tendrá fracción molar mayor) del componente más volátil)  Aplicado a destilación fraccionada fraccionada del petróleo. petróleo.

Propiedades coligativas: Aumento en punto de ebullición ΔTb = Kb m ΔTb = Tb(soln) – Tb(dis) Tb(soln) – Tb(dis) = Kb m Kb = constante de aumento en punto de ebullición ( OC/m) Kb = constante de ebullición molal

Tb (soln) > Tb (dis)

Propiedades coligativas: Descenso en punto de fusión ΔTf  = Kf  m ΔTf  = Tf (dis) – Tf (soln) Tf (dis) – Tf (soln) = Kf  m Kf  = constante de descenso en punto de fusión ( OC/m) Kf  = constante crioscópica crioscópica o constante de fusión molal

Tf (dis) > Tf (soln)

Propiedades coligativas: coligativas: Descenso en Pto. Fusión y ascenso en Pto. de Ebullición

Propiedades coligativas: coligativas: Descenso en Pto. Fusión y ascenso en Pto. de Ebullición 



solució n 0.0222m glucosa calcule el Ejercicio: Para una solución punto de fusión y el punto pun to de ebullición ebullició n (Kf =1.86 oC/m; Kb= 0.521 oC/m) gramos de glicol glicol de etileno etile no Ejercicio: ¿Cuántos gramos (C2H6O2) se requiere mezclar mezc lar con con 37.8g de agua para pa ra que la temperatura de la solución solución descienda a -0.150 oC.

Propiedades coligativas: coligativas: Descenso en Pto. Fusión y ascenso en Pto. de Ebullición 



 Calcule el punto de ebullición ebullició n de una solución solució n Ejercicio: Calcule preparada de 0.915g de azufre (S 8) y 100.0g 100.0g de ácido acético (HC2H3O2) (Tb=118.5 oC; Kb=3.08 oC/m). desconocid o Ejercicio: Unos 0.0182g de un compuesto desconocido fue disuelto en 2.135g de benceno (78.00 g/mol; Kf  =5.07 oC/m). Por descenso en punto de congelación la molalidad molalidad fue de 0.0698m. Calcule la masa molar del desconocido.

Propiedades coligativas: Generación de presión osmótica 

Osmosis: Flujo de disolvente, a través de una membrana semipermeable, desde una región (solución) con poca concentración de soluto a otra región (solución) con mayor concentración de soluto .

Propiedades coligativas: Generación de presión osmótica 

Presión osmótica (Π): Presión requerida para detener el flujo osmótico. (Tro, osmótico. (Tro, 2010)

Π = MRT

R=0.0821 (L.atm/K.mol)

M = molaridad del soluto R = constante de los gases = 0.0821 (L.atm/K.mol T = temperatura (K)

Propiedades coligativas: Generación de presión osmótica 

Calcul e la presión osmótica de una Ejercicio: Calcule solución que contiene 5.0 g de sucrosa (C ( C12H22O12) en 100.0 mL de solución. solución.

Propiedades coligativas: Soluciones de electrolitos fuertes (van’t (van’t Hoff) Hoff) 





Las propiedades coligativas dependen de la cantidad de partículas. Los electrolitos elect rolitos de subdividen en dos o más partículas durante la disolución Es necesario necesario un factor de corrección en soluciones de electrolitos fuertes fue rtes como como soluto (i ( i).

Factor de van’t Hoff =

i=

Cantidad total de iones en solución (provenientes del soluto) (para solutos neutrales el valor es )

Propiedades coligativas: Soluciones de electrolitos fuertes (van’t (van’t Hoff) Hoff) 

Factor de van’t Hoff (1852-1911) (1852-1911) 

i=

i=

Relación entre la propiedad coligativa entre la solución de un electrolito con el valor esperado de la propiedad para un soluto no-electrolito.  Valor medido para solución de electrolito  Valor medido para solución de no-electrolito  ΔTf  (soln

electrolito)

 ΔTf  (soln

no-electrolito)

=

 ΔTf  (soln

ΔTf  (

electrolito)

(m x Kf )

Propiedades coligativas: Resumen de Parámetros Propiedad coligativa Disminución en presión de vapor  Aumento en punto punto de ebullición

Soluto covalente (no  volátil))  volátil ΔP vap = X soluto Podis ΔTb = Kbm

Soluto iónico

 X solutoPodis ΔP vap = i X  ΔTb = iKbm

Disminución en punto de fusión

ΔTf  = Kf m

ΔTf  = iKf m

Generación de presión osmótica

Π = MRT (i = 1)

Π = iMRT

Propiedades coligativas: Soluciones de electrolitos fuertes: 



Ejercicio: Calcule Calcule el punto punto de congelación de una solución acuosa 0.085m CaCl2. montaña el punto de ebullición Ejercicio:  En una montaña de agua pura es 95oC. Cuántos gramos de NaCl se requieren añadir a 1.0 kg de agua para que el punto de ebullición aumente a 100 oC.

Propiedades coligativas: Soluciones de electrolitos fuertes: 



Ejercicio: Soluciones de NaCl, Na3PO4, MgCl2 y C6H12O6 fueron preparadas, cada una, a 0.10m. Colóquelas Colóquela s en orden ascendente en presión osmótica. montaña el punto de ebullición Ejercicio:  En una montaña de agua pura es 95oC. Cuántos gramos de NaCl se requieren añadir a 1.0 kg de agua para que el punto de ebullición ebullición aumente a 100 oC.

Coloides (dispersión coloidal)  

Solución: mezcla homogénea Dispersión: 



Mezcla heterogénea que contiene partículas lo suficientemente grandes para ser visibles.

Dispersión coloidal (coloide): 

 

Mezcla heterogénea donde la sustancia sustanc ia dispersa es lo suficientemente pequeña para mantenerse distribuída sin agregarse y sin poder verse a “simplevista”. Macroscópicamente parace una solución Microscópicamente no son solución

Coloides (dispersión coloidal) Tipo de Coloide

Sustancia dispersada

Medio de dispersión (fase contínua)

Ejemplo(s)

 Aerosol

Líquido

Gas

Niebla

 Aerosol

Sólido

Gas

Humo

Espuma (líquida)

Gas

Líquido

Crema batida, espuma de afeitado.

Espuma “sólida” sólida”

Gas

Sólido

Marshmallow Marshmall ow,, styrofoam” “styrofoam”

Emulsión (“líquida (“líquida”) ”)

Líquido

Líquido

Emulsión sólida

Líquido

Sólido

Sol (“líquido (“líquido”) ”)

Sólido

Líquido

Sol sólido

Sólido

Sólido

Leche, agua jabonosa Mantequilla, Mantequilla, gelatina, gel Pintura, tinta china Opalo, cristal de rubí

Coloides (ef (efectos) ectos) 

Efecto Tyndall Tyndall (“Light Scattering”): Scattering”): Dispersión Dispersión al “azar” “azar” de la luz a través través de un coloide por las partículas dispersas en el mismo. 



El tamaño tamaño de las partículas partículas debe ser similar a la longitud longitud de onda del haz que pasa a través través del coloide (400 – 750 nm)

Coloides (efectos): líquidos Solución

Dispersión de luz

Coloide

Dispersión de luz

Coloides (ef (efectos): ectos): gaseoso

Dispersión de luz

Coloides (ef (efectos) ectos) 

Efecto Browniano (Robert Brown, 1827): 



Movimiento característico en el cual las partículas cambian de  velocidad y dirección dirección de modo errático. errático. Causado por el empuje o choques del medio me dio de dispersión dispersi ón contra las partículas dispersas.

Coloides (ef (efectos) ectos) 

Efecto Browniano (Robert Brown, 1827): 

 Video

Dispersión de Luz (Light sca scatt ttering) ering)