Punto de ebullición

La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica
Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición (Ver Figura de la tabla). La elevación de la temperatura de ebullición es proporcional a la fracción molar del soluto. Este aumento en la temperatura de ebullición (DTe) es proporcional a la concentración molal del soluto:

DTe = Ke m

La constante ebulloscópica (Ke) es característica de cada disolvente (no depende de la naturaleza del soluto) y para el agua su valor es 0,52 ºC/mol/Kg. Esto significa que una disolución molal de cualquier soluto no volátil en agua manifiesta una elevación ebulloscópica de 0,52 º C.

Punto de congelacion

La temperatura de congelación de las disoluciones es más baja que la temperatura de congelación del disolvente puro (Ver Figura de la tabla). La congelación se produce cuando la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del sólido. Llamando Tc al descenso crioscópico y m a la concentración molal del soluto, se cumple que:

DTc = Kc m

siendo Kc la constante crioscópica del disolvente. Para el agua, este valor es 1,86 ºC/mol/Kg. Esto significa que las disoluciones molales (m=1) de cualquier soluto en agua congelan a -1,86 º C.

Presion de vapor

La presión de vapor de un disolvente desciende cuando se le añade un soluto no volátil. Este efecto es el resultado de dos factores:







la disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre


la aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente, dificultando su paso a vapor
 
Cuanto más soluto añadimos, menor es la presión de vapor observada. La formulación matemática de este hecho viene expresada por la observación de Raoult (foto de la izquierda) de que el descenso relativo de la presión de vapor del disolvente en una disolución es proporcional a la fraccion molar del soluto
 
Si representamos por P la presión de vapor del disolvente, P' la presión de vapor de la disolución y Xs la fracción molar del soluto, la ley de Raoult se expresa del siguiente modo:

de donde se obtiene que :

con lo que:

Esta fórmula nos permite enunciar la ley de Raoult: la presión de vapor de la disolución es igual a la presión de vapor del disolvente por la fracción molar del disolvente en la disolución. Esta fórmula tiene validez para todas las disoluciones verdaderas.



Presion osmotica

La presión osmótica puede definirse como la presión que se aplica a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.

Es una de las 4 propiedades coligativas de las soluciones). Es una de las características principales que cuenta de las relaciones de los líquidos entre el medio interno, debido que la membrana plasmática regula entrada y salida de soluto al medio externo.

La presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente.

Por termodinámica, el agua fluye de la región de mayor potencial químico a la de menor potencial químico hasta que el incremento de presión hidrostática equilibra la fuerza debida al gradiente de concentraciones, y el potencial químico es igual a ambos lados

 
Teoría de van 't Hoff
 
Basada en la analogía entre la ecuación de la presión osmótica y la ley de los gases ideales.

Van 't Hoff describió la presión osmótica como el resultado de las colisiones de las moléculas de soluto contra la membrana semipermeable, y supuso que las moléculas de disolvente no contribuían de ninguna manera.
 La presión osmótica (p) está dada por:

 

cuestionario

1. ¿Qué es el soluto y qué es el disolvente en una disolución?




En una disolución de una sustancia en otra, la sustancia disuelta se denomina soluto. La sustancia donde se disuelve el soluto se denomina disolvente. Cuando la cantidad relativa de una sustancia en una disolución es mucho mayor que la de otra, la sustancia presente en mayor cantidad se considera generalmente como disolvente.


2.-¿Cuales son las propiedades que las caracterizan?
a).-Su composición química es variable.
b).-Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
c).-Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro : la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.




3. Menciona las unidades químicas. de concentraciones quimicas


Molaridad (M)
Formalidad (F)
Normalidad (N)
Molalidad (m)
Fracción molar (Xi)
Porcentaje peso-peso (%p/p)
Porcentaje peso-volumen (%p/v)
Porcentaje volumen-volumen (% v/v)
Partes por millón (ppm)
Partes por billon (ppb)
4. ¿Cuántos mililitros de NaCl 0.163 M se requieren para obtener 0.0958 g de cloruro de sodio?

5. Define qué son las propiedades coligativas y menciona cada una de ellas.
Las propiedades coligativas son aquellas propiedades físicas que presentan las soluciones, y dependen únicamente de la concentración molal.


Aumento o Disminución de la Tensión o Presión del Vapor


Aumento del punto de Ebullición


Disminución del Punto de Fusión


Presión Osmótica de la Solución


6. ¿Qué es potencial químico?


La tendencia de una sustancia a reaccionar con otras sustancias, transformarse en otro estado, redistribuirse espacialmente, puede ser expresada por una única cantidad. El potencial químico μ, es una medida de la magnitud de ésta tendencia.

7. ¿Define el potencial de membrana y porqué se produce?
El potencial de membrana se refiere a la diferencia de cargas eléctricas a través de la membrana plasmática. Fuera de la membrana tiene carga positiva debido a los iones Na+ y Ca2+ en grandes concentraciones y por dentro de la membrana la carga es negativa debido a grupos cargados negativamente en el citoplasma.
El potencial de membrana se genera, porque existe una distribución desigual de iones a través de la misma, y porque la membrana tiene permeabilidad selectiva para las especies iónicas presentes.


Esto significa que existe un gradiente de concentración para las especies iónicas mayoritarias presentes.


Si las membranas biológicas fueran simplemente una membrana bicapa fosfolipidica, totalmente impermeable a los iones, no se generaría un potencial de membrana, aunque existieran gradientes electroquímicos importantes a través de ella


8-¿Qué es el punto de congelación y que es el punto de ebullición?



El punto de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica. Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición.


El punto de congelación es aquel que se produce cuando la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del sólido. Llamando Tc al descenso crioscópico y m a la concentración molal del soluto, se cumple que:
DTc = Kc m


siendo Kc la constante crioscópica del disolvente.


9.-¿Qué es la presión osmótica y da un ejemplo donde se produzca una presión osmótica?


La presión osmótica es una propiedad coligativa la cual se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente.


Un ejemplo es la presión ejercida en la membrana celular para que se forme un gradiente con la bomba de sodio potasio.

10.-¿Para qué nos sirve la ecuación de Nernst?


La ecuación de Nernst calcula el potencial de Nernst en el hipotético caso que la membrana solo sea permeable a un ion univalente.

Dicho potencial viene determinado por el cociente de las concentraciones de un ion específico a ambos lados de la membrana. Como se sabe, los niveles de concentración iónica (Na, K, Cl) son diferentes dentro y fuera de la membrana (sin mencionar la acción dinámica de la bomba de sodio-potasio) y por tanto, puede haber mayor concentración de un ion en particular en un lado de dicha membrana.

Potencial de membrana

Potencial de membrana


Las células animales mantienen una diferencia de potencial a través de la membrana plasmática que ronda los 90 mV, siendo el interior electronegativo con respecto al exterior.

En principio podríamos distinguir varios motivos por los que existe una separación de cargas a través de diversos tipos de membranas biológicas. Por un lado, muchos de los componentes estructurales de la membrana son ionizables a pH celular y podría pensarse que una distribución asimétrica de estos grupos con diferentes pK daría lugar a una diferencia de potencial similar a la observada. Por otro lado, algunas proteínas transportadoras acopladas a la hidrólisis de ATP, notablemente la bomba de sodio y potasio, son electrogénicas. Esto significa que en la operación normal del transportador se separan cargas, o dicho de otra forma, son generadores de corriente. Por último, en situaciones en las que existen gradientes de potencial electroquímico de iones a través de la membrana pueden aparecer potenciales de difusión.

Con respecto a los componentes cargados de las membranas biológicas, debe tenerse en cuenta que la presencia de un electrolito en un medio en el que las cargas pueden moverse libremente provocaría la neutralización parcial de la carga del mismo, por parte de los contraiones en solución. Sin embargo no es imposible que de existir diferencias de densidad superficial de carga entre ambas láminas de las bicapas, éstas contribuyan a la generación o estabilización del potencial de membrana. Se ha propuesto que estas cargas, si bien no contribuyen al potencial transmembrana global, pueden tener un efecto local sobre las proteínas de transporte. La consideración de estos aspectos excede los objetivos de este texto.

Sin embargo, son otros los factores que se consideran fundamentales en la generación del potencial de membrana. Entre los transportadores electrogénicos, es obvia la contribución de la bomba de sodio y potasio al potencial de membrana. El carácter electrogénico se pone en evidencia al constatar que la estequiometría fenomenológica de la bomba es de aproximadamente 3 iones Na+transportados hacia el exterior celular y 2 iones K+hacia el interior celular, por cada molécula de ATP hidrolizada, o sea, en cada ciclo de la bomba se transporta una carga positiva hacia el exterior de la célula. En las células excitables, el flujo de la bomba en condiciones de reposo transporta una corriente de 1,8 μA/cm2.

En condiciones de reposo, la contribución electrogénica de la bomba de sodio al valor del potencial de membrana en células excitables, y en la mayoría de las células animales, es del orden del 10 % del potencial.
El papel más importante de la bomba es indirecto, es decir, es la “encargada” de mantener el gradiente electroquímico de los iones sodio y potasio a través de la membrana plasmática celular. Estos gradientes son fundamentales en el establecimiento del potencial de difusión. La mayor parte de las células deben su potencial de membrana a este mecanismo
 

En la imagen citada con anterioridad se puede observar como es que actua la bomba sodio potacio que por lo general es estudiada principalmete en la neuronas, donde se debe de llevar los impulsos nerviosos por medio de este metodo.

Bibliografía

http://biofisica.fcien.edu.uy/potencial_de_membrana.pdf

Potencial quimico

Potencial quimico


El concepto de potencial químico es el fundamento para establecer los criterios de equilibrio entre las fases de las sustancias. Es el parámetro que está relacionado con la energía libre de Gibbs y constituye la fuerza impulsora de las transformaciones físicas.

A partir de este concepto, se analizarán y aplicarán los criterios de equilibrio entre fases.

En un diagrama termodinámico podemos establecer las condiciones de equilibrio entre las fases cuando existe una igualdad en los valores del potencial químico:

Este criterio de equilibrio se aplica a cuales quiera de los diferentes equilibrios que se pudieran presentar, aunque también es conocido que para una sustancia pura el máximo número de fases en equilibrio es de tres.

Las ec. de Gibbs no son aplicables en el caso de sistemas abiertos en los que se intercambia materia con el medio ambiente, ni en procesos irreversibles como por ej una reacción química (en la que cambia la composición), y en los que evidentemente los químicos tenemos gran interés. Si la composición varía, el número de moles de cada especie ni será otra variable a considerar.
Así, para determinar como varían la funciones termodinámicas durante un proceso irreversible como pueda ser una reacción química, lo que se hace es "congelar" la reacción y variar la composición del sistema de forma reversible modificando en una cantidad dni la composición del sistema, y observando como varía U, H, A, G (la variación será la misma que cuando la modificación es irreversible puesto que son funciones de estado)
Por ejemplo:

y por tanto:

Por definición, se llama potencial químico, µ, a:

PROPIEDADES COLIGATIVAS

En química, se llaman propiedades coligativas aquellas propiedades de una solución que dependen únicamente de la concentración molar, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales, y no de la naturaleza o tipo de soluto. Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor, que es la presión que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida, cuando el líquido se encuentra en un recipiente cerrado.

La presión de vapor:


Esta propiedad esta reflejada en la Ley de Raoult, un científico francés, Francois Raoult quien enunció el siguiente principio: “La disminución de la presión del disolvente es proporcional a la fracción molar de soluto disuelto”.

Este principio ha sido demostrado mediante experimentos en los que se observa que las soluciones que contienen líquidos no volátiles o solutos sólidos, siempre tienen presiones más bajas que los solventes puros.

El cálculo de la presión se realiza mediante la siguiente fórmula

SOLUCIONES

Son mezclas homogeneas de una o mas sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada disolvente o solvente

La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente

SOLUBILIDAD

La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura.

Factores que afectan la solubilidad:

Los factores que afectan la solubilidad son:

a) Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez ( pulverizando el soluto).

b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución

c) Temperatura: Al aument6ar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.

d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional

MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES

La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes:

a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.

% p/p = (peso de soluto/peso de la solucion) X 100

Por ejemplo, si se disuelven 20 g de azúcar en 80 g de agua, el porcentaje en masa será: [20/(80+20)]x 100=20% o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20% m/m

b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.

% v/v = (volumen del soluto/volumen de la solucion) X 100

Por ejemplo, si se tiene una solución del 20% en volumen (20% v/v) de alcohol en agua quiere decir que hay 20 mL de alcohol por cada 100 mL de disolución.

La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol.

c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.

% p/v = (g de soluto/ml de la solucion) X 100

d) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución.

e) Molalidad (m): Es el número de moles de soluto contenidos en un kilogramo de solvente.

                                                    m = moles de soluto/kg de disolvente

La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas

f) Molaridad ( M ): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución.

M = moles de soluto/litros de disolucion

Para preparar una disolución de esta concentración habitualmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, y se traslada esa disolución a un matraz aforado, para después enrasarlo con más disolvente

Se representa también como: M = n / V, en donde "n" son los moles de soluto(n=gr soluto/PM) y "V" es el volumen de la disolución expresado en litros.

g) Normalidad (N): Es el número de equivalentes (eq-g) de soluto (sto) por litro de disolución (Vsc).

N = eq-g(soluto)/Vsc