Descenso crioscópico y aumento ebulloscópico
Una noche de helada en El Alto el termómetro marca $-6\ °\text{C}$. El agua del radiador de una movilidad se congelaría y podría reventar el motor, pero si la familia le agregó anticongelante, el radiador sigue líquido. ¿Cómo puede un poco de sustancia disuelta cambiar la temperatura a la que se congela el agua? Al final de la página lo sabrás explicar y calcular.
La molalidad: concentración que no cambia con la temperatura
Para estudiar estos efectos necesitamos una unidad de concentración que relacione al soluto con la masa del solvente. Esa unidad es la molalidad.
La molalidad usa masa de solvente, no volumen de solución. Por eso no cambia cuando la solución se calienta o se enfría y el volumen se dilata o se contrae. Esa es la razón por la que se usa con temperaturas de congelación y ebullición. No la confundas con la molaridad $M$, que usa litros de solución.
Define la molalidad de una solución y escribe su unidad. Luego calcula la molalidad de una solución que contiene $0{,}5$ mol de soluto disueltos en $250$ g de agua.…
Define la molalidad de una solución y escribe su unidad. Luego calcula la molalidad de una solución que contiene $0{,}5$ mol de soluto disueltos en $250$ g de agua. Recuerda convertir la masa del disolvente a kilogramos.
¿Qué son las propiedades coligativas?
Echa azúcar a una olla de agua: el azúcar no hierve ni se congela a la misma temperatura que el agua. Algunas propiedades de la solución cambian respecto a las del solvente puro.
Son cuatro: la disminución de la presión de vapor, el descenso crioscópico, el aumento ebulloscópico y la presión osmótica. En esta página estudiamos las dos del medio. En general trabajamos con solutos no volátiles y, por ahora, no electrolitos, es decir, que no se separan en iones al disolverse (azúcar, glucosa, urea, etilenglicol).
¿Por qué ocurre? Las partículas de soluto se interponen entre las moléculas de agua. Para formar el hielo, las moléculas de agua deben ordenarse, y con soluto en medio les cuesta más: hay que enfriar más. Para hervir, las moléculas deben escapar al aire, y con soluto en la superficie escapan con más dificultad: hay que calentar más.
Descenso crioscópico
Es proporcional a la molalidad: al doble de soluto, el doble de descenso. El punto de congelación de la solución es
$$T_{\text{cong. solución}} = T_{\text{cong. solvente puro}} - \Delta T_c$$Para el agua, una solución $1$ molal se congela a $-1{,}86\ °\text{C}$.
Escribe las ecuaciones del descenso crioscópico y del aumento ebulloscópico, e indica qué significa cada símbolo. Después, para una solución acuosa $1$ molal de un…
Escribe las ecuaciones del descenso crioscópico y del aumento ebulloscópico, e indica qué significa cada símbolo. Después, para una solución acuosa $1$ molal de un soluto no electrolito, calcula $\Delta T_c$ y $\Delta T_e$. Indica también el punto de congelación y el punto de ebullición de la solución a nivel del mar.
En las noches de helada del Altiplano, muchas familias de El Alto agregan anticongelante al agua del radiador de sus movilidades. Explica con tus propias palabras qué…
En las noches de helada del Altiplano, muchas familias de El Alto agregan anticongelante al agua del radiador de sus movilidades. Explica con tus propias palabras qué propiedad coligativa interviene y por qué la solución resultante se congela a una temperatura menor que el agua pura.
Diego disuelve $18$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol) en $200$ g de agua. Calcula la molalidad de la solución, el descenso del punto de congelación y la temperatura a la…
Diego disuelve $18$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol) en $200$ g de agua. Calcula la molalidad de la solución, el descenso del punto de congelación y la temperatura a la que comienza a congelarse la solución. Considera que el agua pura se congela a $0\ °\text{C}$.
Una familia de Oruro prepara una mezcla anticongelante con $620$ g de etilenglicol ($M = 62$ g/mol, no electrolito) en $2$ kg de agua. Calcula cuántos moles de…
Una familia de Oruro prepara una mezcla anticongelante con $620$ g de etilenglicol ($M = 62$ g/mol, no electrolito) en $2$ kg de agua. Calcula cuántos moles de etilenglicol hay, la molalidad y el punto de congelación de la mezcla. Decide si la mezcla alcanza para proteger el radiador en una noche en que la temperatura baja a $-8\ °\text{C}$, y justifica tu respuesta.
Aumento ebulloscópico
El efecto contrario ocurre con la ebullición: la solución necesita más temperatura para hervir.
Fíjate en que $K_{eb}$ es mucho menor que $K_{cr}$ en el agua: con la misma molalidad, el punto de congelación cambia más que el de ebullición. Una solución $1$ molal hierve a solo $100{,}52\ °\text{C}$ al nivel del mar.
En una práctica de laboratorio se disuelven $60$ g de urea ($M = 60$ g/mol) en $500$ g de agua. Calcula la molalidad y el aumento del punto de ebullición, y da la…
En una práctica de laboratorio se disuelven $60$ g de urea ($M = 60$ g/mol) en $500$ g de agua. Calcula la molalidad y el aumento del punto de ebullición, y da la temperatura de ebullición a nivel del mar. Luego, en La Paz el agua pura hierve a unos $88\ °\text{C}$. Supón que $K_e$ no cambia y estima a qué temperatura hervirá allí esta misma solución.
Solutos que se separan en iones
Una propiedad coligativa depende del número de partículas disueltas. Un mol de glucosa produce $1$ mol de partículas. Pero un mol de $\text{NaCl}$, al disolverse, se separa en $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$, y produce $2$ mol de partículas. Un mol de $\text{CaCl}_2$ produce $\text{Ca}^{2+} + 2\ \text{Cl}^-$, es decir, $3$ mol de partículas.
Si la sal se disocia por completo, para usar las fórmulas hay que multiplicar la molalidad por el número de partículas que libera cada unidad de fórmula, que llamaremos $i$:
$$\Delta T_c = i \cdot K_{cr} \cdot m$$| Soluto | Partículas por unidad ($i$) |
|---|---|
| Glucosa, urea, etilenglicol | 1 |
| NaCl | 2 |
| $\text{CaCl}_2$ | 3 |
Por eso en la carretera se echa sal para derretir hielo: cada mol de sal baja más el punto de congelación que un mol de azúcar.
Una municipalidad analiza tres sustancias para derretir el hielo de un camino de altura. Prepara tres soluciones, cada una con $1$ kg de agua: una con $58{,}5$ g de NaCl…
Una municipalidad analiza tres sustancias para derretir el hielo de un camino de altura. Prepara tres soluciones, cada una con $1$ kg de agua: una con $58{,}5$ g de NaCl ($M = 58{,}5$ g/mol), otra con $111$ g de $\text{CaCl}_2$ ($M = 111$ g/mol) y otra con $180$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol). Suponiendo disociación completa de las sales, calcula el descenso del punto de congelación de cada solución. Ordénalas de mayor a menor efecto y argumenta por qué, con igual cantidad de moles de sustancia, el efecto no es el mismo.
Hallar masas molares con la crioscopía
Si conoces $\Delta T_c$ y $K_{cr}$, puedes despejar la molalidad y, de ahí, la masa molar del soluto. Es un método clásico de laboratorio.
Ruta de cálculo: $\Delta T_c \to m \to n_{\text{soluto}} \to M$, donde
$$m = \frac{\Delta T_c}{K_{cr}}, \qquad n = m \cdot (\text{kg de solvente}), \qquad M = \frac{\text{masa de soluto}}{n}$$Para determinar la masa molar de un sólido no electrolito, Ximena disuelve $5{,}0$ g de la sustancia en $100$ g de benceno. El benceno puro se congela a…
Para determinar la masa molar de un sólido no electrolito, Ximena disuelve $5{,}0$ g de la sustancia en $100$ g de benceno. El benceno puro se congela a $5{,}50\ °\text{C}$ y su constante crioscópica es $K_c = 5{,}12\ °\text{C·kg/mol}$. La solución se congela a $4{,}50\ °\text{C}$. Calcula la masa molar del soluto. Sabiendo que la sustancia es azufre elemental ($M_{\text{S}} = 32$ g/mol), determina cuántos átomos de azufre hay en cada molécula y escribe su fórmula.
Vuelve al principio: el radiador en El Alto
Las moléculas de anticongelante (etilenglicol) quedan entre las de agua y dificultan que formen hielo. Como el descenso crioscópico es $\Delta T_c = K_{cr}\cdot m$, cuantos más moles de anticongelante por kg de agua, más baja la temperatura de congelación. Por eso la mezcla sigue líquida a $-6\ °\text{C}$ si su molalidad es suficiente (al menos unos $3{,}2$ mol/kg para llegar a $-6\ °\text{C}$).