Disminución de la presión de vapor y ley de Raoult
En una olla con agua a 25 °C, una parte de las moléculas escapa a la superficie y forma vapor. Si en esa agua disuelves azúcar o sal, el vapor que se forma es menor. El azúcar no se evapora, entonces, ¿cómo puede cambiar el vapor del agua? Eso lo vas a explicar y a calcular en esta página.
Propiedades coligativas
Cuando disuelves un soluto en un solvente, la solución cambia varias propiedades. Algunas dependen de qué sustancia es el soluto: el color, el sabor, la densidad, el pH. Otras dependen solo de cuántas partículas de soluto hay, sin importar cuáles sean.
Las cuatro propiedades coligativas son:
| Propiedad coligativa | Qué le pasa al solvente |
|---|---|
| Disminución de la presión de vapor | Se evapora menos (esta página) |
| Aumento ebulloscópico | Hierve a mayor temperatura |
| Descenso crioscópico | Se congela a menor temperatura |
| Presión osmótica | Aparece presión al pasar por una membrana |
Propiedades no coligativas: color, sabor, densidad, pH, viscosidad. Cambian según el soluto que uses.
Tu profesora escribe en la pizarra esta lista de propiedades de una solución acuosa: presión de vapor, color, densidad, punto de congelación, presión osmótica y pH.…
Tu profesora escribe en la pizarra esta lista de propiedades de una solución acuosa: presión de vapor, color, densidad, punto de congelación, presión osmótica y pH. Clasifica cuáles son propiedades coligativas y cuáles no. Justifica tu clasificación con la definición de propiedad coligativa.
Presión de vapor y soluto no volátil
En un recipiente cerrado, el líquido se evapora hasta que tantas moléculas salen como vuelven. El vapor ejerce entonces una presión: la presión de vapor $P^{\circ}$ del líquido puro. Depende de la temperatura: a 25 °C, la del agua pura es de unos $23{,}8$ mmHg.
Si el soluto es no volátil (como el azúcar, la urea o la sal), él no pasa al vapor. Pero sus partículas ocupan parte de la superficie del líquido y las moléculas de agua que pueden escapar son menos. Resultado: la presión de vapor de la solución es menor que la del agua pura.
Fracción molar
Para medir «qué parte de las partículas es solvente» usamos la fracción molar $X$:
$$X_{\text{solvente}}=\frac{n_{\text{solvente}}}{n_{\text{solvente}}+n_{\text{soluto}}}\qquad X_{\text{soluto}}=\frac{n_{\text{soluto}}}{n_{\text{solvente}}+n_{\text{soluto}}}$$Siempre se cumple $X_{\text{solvente}}+X_{\text{soluto}}=1$. No tiene unidades. Los moles salen de $n=\dfrac{m}{M}$.
En el laboratorio del colegio, Nayra prepara una solución con $0{,}5$ mol de urea (soluto no volátil) y $4{,}5$ mol de agua. Calcula la fracción molar del agua y la…
En el laboratorio del colegio, Nayra prepara una solución con $0{,}5$ mol de urea (soluto no volátil) y $4{,}5$ mol de agua. Calcula la fracción molar del agua y la fracción molar de la urea. Comprueba que la suma de ambas fracciones es igual a 1.
Ley de Raoult
François Raoult midió que la presión de vapor baja en proporción a la fracción de solvente que queda.
El porqué: si el $99\,\%$ de las partículas de la superficie son de agua, solo se puede escapar aproximadamente el $99\,\%$ del vapor que daría el agua pura.
La disminución de la presión de vapor es:
$$\Delta P = P^{\circ}-P = X_{\text{soluto}}\cdot P^{\circ}$$Esta segunda forma sale de $1-X_{\text{solvente}}=X_{\text{soluto}}$.
Enuncia con tus propias palabras la ley de Raoult para una solución con un soluto no volátil. Escribe su expresión matemática en la forma…
Enuncia con tus propias palabras la ley de Raoult para una solución con un soluto no volátil. Escribe su expresión matemática en la forma $P = X_{\text{disolvente}} \cdot P^{\circ}$ e indica qué representa cada símbolo. Explica también por qué la presión de vapor de la solución es menor que la del disolvente puro.
Se disuelven $34{,}2$ g de sacarosa ($M = 342$ g/mol), un soluto no volátil, en $180$ g de agua ($M = 18$ g/mol) a $25\ °\text{C}$. A esa temperatura la presión de vapor…
Se disuelven $34{,}2$ g de sacarosa ($M = 342$ g/mol), un soluto no volátil, en $180$ g de agua ($M = 18$ g/mol) a $25\ °\text{C}$. A esa temperatura la presión de vapor del agua pura es $23{,}8$ mmHg. Calcula las fracciones molares, la presión de vapor de la solución y la disminución de la presión de vapor $\Delta P$.
Valentina prepara una solución con $0{,}2$ mol de urea en $500$ g de agua. Santiago prepara otra con $0{,}2$ mol de sacarosa en $500$ g de agua. Ambas están a…
Valentina prepara una solución con $0{,}2$ mol de urea en $500$ g de agua. Santiago prepara otra con $0{,}2$ mol de sacarosa en $500$ g de agua. Ambas están a $25\ °\text{C}$ y el agua pura tiene una presión de vapor de $23{,}8$ mmHg. Sin calcular todavía, predice cuál solución tendrá menor presión de vapor y explica por qué. Luego calcula la presión de vapor de cada una para verificar tu predicción.
Hallar datos a partir de la medición
A veces se mide $\Delta P$ y se quiere saber cuánto soluto hay. Se despeja al revés: de $\Delta P=X_{\text{soluto}}\cdot P^{\circ}$ sale $X_{\text{soluto}}$, y de ahí los moles y la masa.
También sirve para identificar una sustancia: se calcula $\Delta P$ que daría cada candidata y se compara con el valor medido. La que coincide es la muestra.
Mateo disuelve glucosa ($M = 180$ g/mol) en $200$ g de agua a $25\ °\text{C}$ y mide una disminución de la presión de vapor de $0{,}5$ mmHg. La presión de vapor del agua…
Mateo disuelve glucosa ($M = 180$ g/mol) en $200$ g de agua a $25\ °\text{C}$ y mide una disminución de la presión de vapor de $0{,}5$ mmHg. La presión de vapor del agua pura a esa temperatura es $23{,}8$ mmHg. Calcula la fracción molar de la glucosa y, a partir de ella, la masa de glucosa que disolvió. Usa $M = 18$ g/mol para el agua.
Dos soluciones se preparan con $360$ g de agua cada una, a $25\ °\text{C}$. La primera contiene $36$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol). La segunda contiene $11{,}7$ g de…
Dos soluciones se preparan con $360$ g de agua cada una, a $25\ °\text{C}$. La primera contiene $36$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol). La segunda contiene $11{,}7$ g de NaCl ($M = 58{,}5$ g/mol), que se disocia por completo en iones $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$. La presión de vapor del agua pura es $23{,}8$ mmHg. Calcula la presión de vapor de cada solución contando las partículas de soluto realmente presentes. Argumenta por qué, con el mismo número de moles disueltos, las dos soluciones no presentan la misma disminución de la presión de vapor.
Un estudiante tiene una muestra de $18$ g de un sólido no volátil y no electrolito. La muestra puede ser glucosa ($M = 180$ g/mol), urea ($M = 60$ g/mol) o sacarosa (…
Un estudiante tiene una muestra de $18$ g de un sólido no volátil y no electrolito. La muestra puede ser glucosa ($M = 180$ g/mol), urea ($M = 60$ g/mol) o sacarosa ($M = 342$ g/mol). Disuelve toda la muestra en $90$ g de agua a $25\ °\text{C}$ y mide una presión de vapor de $23{,}3$ mmHg. El agua pura tiene $23{,}8$ mmHg a esa temperatura. Calcula la disminución de la presión de vapor que produciría cada una de las tres sustancias candidatas. Concluye cuál es la muestra y justifica por qué las otras dos quedan descartadas.
Vuelve al principio: el azúcar no se evapora, pero ocupa lugar en la superficie del agua. Hay menos moléculas de agua que escapan y la presión de vapor baja según $P=X_{\text{solvente}}P^{\circ}$.