Química General

Propiedades coligativas.

Todas las sustancias tienen propiedades físicas definidas, tales como su punto de ebullición, punto de fusión y presión de vapor. Por ejemplo, el punto de ebullición del agua pura a nivel del mar es 100ºC y su punto de fusión o temperatura a la que se congela es de 0 ºC. Si agregamos soluto a un solvente y formamos una disolución, lo que observaremos es que las propiedades físicas del solvente cambian, como cuando se agrega anticongelante al agua de los automóviles para disminuir el punto de fusión de la disolución y ésta no se congele.

Se ha observado que estas propiedades que se presentan en disoluciones (a las que de ahora en adelante denominaremos propiedades coligativas) dependen solamente de la concentración del soluto y no de su naturaleza. Estas propiedades se enlistan a continuación:

  • Punto de fusión
  • Punto de ebullición
  • Presión de vapor
  • Presión osmótica

La presión de vapor se entiende como aquella que se requiere, a temperatura constante, para que un líquido comience a evaporarse. Por otro lado, la presión osmótica se define como la presión que se necesita para evitar que un solvente fluya a través de una membrana semipermeable. A continuación se explicarán con más detalle en qué consisten tres de las propiedades coligativas: presión de vapor, punto de ebullición y punto de fusión.

Disminución de la presión de vapor.

Como regla general, si agregamos un componente o soluto no volátil a un disolvente volátil siempre ocasiona que éste disminuya su presión de vapor de manera proporcional a su concentración, esto se expresa con la ley de Raoult que dice que la presión parcial de un solvente es igual al producto de la fracción molar del solvente por la presión de vapor del solvente en estado puro.

PA=xAA

Donde:

PA= Presión parcial.

xA= Fracción molar

A= Presión de vapor del componente en estado puro.

La ley de Raoult mencionada arriba describe el comportamiento de una disolución ideal. Para que una solución sea considerada como ideal o se comporte de esta manera tiene que reunir las siguientes dos características: Que los tamaños de las moléculas de soluto y solvente sean casi el mismo tamaño y que la concentración de soluto sea muy baja.

Aumento del punto de ebullición

Si la presión de vapor disminuye en consecuencia a presión constante el punto de ebullición debe aumentar.  Por lo tanto la adición de un soluto no volátil a un solvente ocasiona que la disolución hierva a una temperatura más alta que la del disolvente puro.

El aumento del punto de ebullición se da por la siguiente fórmula:

DTb=Kbm

Donde:

DTb es el cambio del punto de ebullición.

Kb es la constante molal de elevación del punto de ebullición.

Y la m representa la molalidad de la solución.

La constante molal de elevación del punto de ebullición es propia de cada sustancia y se pueden encontrar tablas con los valores reportados en la literatura recomendada.

Disminución del punto de fusión.

En una solución el punto de fusión es menor que aquel que presenta el solvente puro y se puede obtener de manera similar al cambio en el punto de ebullición:

DTf=Kfm

Donde:

DTf es el cambio del punto de fusión.

Kf es la constante molal de disminución del punto de fusión.

Y la m representa la molalidad de la solución.

De igual manera las constantes se pueden encontrar en las referencias.

Ejercicio

Determina el cambio en el punto de ebullición y en el punto de fusión de una solución 3.35 m de etilenglicol en agua, tomando en cuenta que las constantes molales de elevación del punto de ebullición y disminución del punto de fusión son 0.51 y 1.86 respectivamente con unidades de ºC/m.

Sustituyendo en las ecuaciones correspondientes:

DTb= (0.51 ºC/m)(3.35 m) = 1.71 ºC

DTf=(1.86 ºC/m)(3.35 m) = 6.23 ºC

Esto quiere decir que el punto de ebullición aumenta 1.17 grados y el punto de fusión disminuye 6.23 grados.

Si sabemos que el agua pura tiene un punto de fusión a 0 ºC y como ya vimos en disolución el punto de fusión disminuye quiere decir que en una solución 3.35 m de etilenglicol el agua congela a -6.23 ºC, por otro lado el agua en estado puro tiene un punto de ebullición de 100 ºC, y como el punto de ebullición aumenta en solución, ésta hierve a 101.71 ºC.

Referencias

  1. Brown Theodre L., y cols. Química. La ciencia central. PEARSON Educación, México, 2004. Pág. 56 ISBN 970-26-0468-0
  2. Engel, Thomas y Reid, Philip. Introducción a la Fisicoquímica: Termodinámica. PEARSON Educación.

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