Propiedades coligativas de las soluciones
Es invierno y vas camino a Farellones. Ves un camión echando sal sobre el hielo del camino, y el hielo se derrite aunque la temperatura siga bajo $0\ ^\circ\text{C}$. ¿Cómo puede una pizca de sal cambiar la temperatura a la que se derrite el hielo? La respuesta está en las propiedades coligativas.
Qué son las propiedades coligativas
Cuando disuelves un soluto no volátil (como sal o azúcar) en un solvente (como agua), la solución cambia algunas propiedades del solvente puro. Las propiedades coligativas son las que cambian según la cantidad de partículas de soluto disueltas, y no según qué sustancia sea.
Hay cuatro:
| Propiedad | Qué cambia en el solvente |
|---|---|
| Descenso de la presión de vapor | Se evapora menos: la presión de vapor baja |
| Aumento ebulloscópico | La temperatura de ebullición sube |
| Descenso crioscópico | La temperatura de congelación baja |
| Presión osmótica | Tendencia del solvente a pasar a través de una membrana hacia la solución más concentrada |
Nombra las cuatro propiedades coligativas estudiadas en este curso (descenso de la presión de vapor, aumento ebulloscópico, descenso crioscópico y presión osmótica) y…
Nombra las cuatro propiedades coligativas estudiadas en este curso (descenso de la presión de vapor, aumento ebulloscópico, descenso crioscópico y presión osmótica) y explica con tus palabras de qué depende el valor de cada una.
Presión de vapor, ebullición y congelación
En un líquido, las moléculas de la superficie escapan al aire: es la evaporación. La presión de vapor mide cuánto escapan. En una solución, las partículas de soluto ocupan parte de la superficie y retienen a las moléculas de solvente, así que se evaporan menos y la presión de vapor baja.
Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión del ambiente. Si la presión de vapor es menor, hay que calentar más: la solución hierve a mayor temperatura (aumento ebulloscópico).
Con la congelación pasa lo contrario: las partículas de soluto estorban a las moléculas de agua para ordenarse en el cristal de hielo. Hay que enfriar más: la solución congela a menor temperatura (descenso crioscópico).
Para soluciones diluidas, el cambio es proporcional a la concentración en mol/kg de solvente: $\Delta T_e = K_e \cdot m \cdot i$ y $\Delta T_c = K_c \cdot m \cdot i$, donde $i$ es el número de partículas por unidad de soluto. Para el agua, $K_e = 0{,}52\ ^\circ\text{C}\cdot\text{kg/mol}$.
En invierno, en la cordillera se echa sal sobre los caminos con hielo. Indica qué propiedad coligativa explica que el hielo se derrita a una temperatura menor que…
En invierno, en la cordillera se echa sal sobre los caminos con hielo. Indica qué propiedad coligativa explica que el hielo se derrita a una temperatura menor que $0\ ^\circ\text{C}$, y qué ocurre con el punto de congelación del agua al disolver sal en ella.
Josefa cocina porotos y agrega sal al agua de la olla. Indica si la temperatura de ebullición del agua con sal será mayor, menor o igual que la del agua pura, y nombra…
Josefa cocina porotos y agrega sal al agua de la olla. Indica si la temperatura de ebullición del agua con sal será mayor, menor o igual que la del agua pura, y nombra la propiedad coligativa involucrada.
Aplicaciones: mermelada y radiador
Mermelada. Al hervir frutilla con mucha azúcar, el azúcar disuelto baja la presión de vapor del agua y sube la temperatura de ebullición de la mezcla. Además, la gran concentración de azúcar hace que los microorganismos pierdan agua (lo verás en la siguiente sección), lo que ayuda a conservarla.
Radiador del auto. Se mezcla agua con anticongelante (etilenglicol). Intervienen dos propiedades:
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descenso crioscópico: el líquido congela a menos de $0\ ^\circ\text{C}$, útil en el sur de Chile;
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aumento ebulloscópico: hierve a más de $100\ ^\circ\text{C}$, útil en verano.
Al preparar mermelada de frutilla, se hierve la fruta con una gran cantidad de azúcar. Explica cómo el azúcar disuelto modifica la presión de vapor del agua y la…
Al preparar mermelada de frutilla, se hierve la fruta con una gran cantidad de azúcar. Explica cómo el azúcar disuelto modifica la presión de vapor del agua y la temperatura de ebullición de la mezcla, y por qué esto ayuda a conservar la mermelada.
El agua de un radiador de auto se mezcla con anticongelante (etilenglicol) para evitar que se congele en el sur de Chile y que hierva en verano. Explica qué dos…
El agua de un radiador de auto se mezcla con anticongelante (etilenglicol) para evitar que se congele en el sur de Chile y que hierva en verano. Explica qué dos propiedades coligativas intervienen y cómo cambian los puntos de congelación y de ebullición del líquido del radiador.
Contar partículas: glucosa, NaCl y CaCl₂
Como importa el número de partículas, hay que fijarse en si el soluto se disocia en iones.
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Glucosa: no se disocia. 1 unidad → 1 partícula.
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NaCl: se separa en $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$. 1 unidad → 2 partículas.
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$\text{CaCl}_2$: se separa en $\text{Ca}^{2+}$ y 2 $\text{Cl}^-$. 1 unidad → 3 partículas.
Tomás dispone de dos soluciones acuosas con igual masa de agua: una contiene $0{,}1\ \text{mol}$ de glucosa (no se disocia) y otra contiene $0{,}1\ \text{mol}$ de NaCl…
Tomás dispone de dos soluciones acuosas con igual masa de agua: una contiene $0{,}1\ \text{mol}$ de glucosa (no se disocia) y otra contiene $0{,}1\ \text{mol}$ de NaCl (se disocia en dos iones). Indica cuál tendrá el mayor descenso crioscópico y justifica tu respuesta considerando el número de partículas disueltas.
Se tienen tres soluciones acuosas, todas con concentración $0{,}5\ \text{mol/kg}$ de soluto: glucosa ($\text{C}6\text{H}{12}\text{O}6$, no se disocia), NaCl (2 iones por…
Se tienen tres soluciones acuosas, todas con concentración $0{,}5\ \text{mol/kg}$ de soluto: glucosa ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, no se disocia), NaCl (2 iones por unidad) y $\text{CaCl}_2$ (3 iones por unidad). Ordénalas de menor a mayor punto de congelación y de menor a mayor punto de ebullición. Justifica el orden y explica por qué, si el aumento ebulloscópico del agua es $0{,}52\ ^\circ\text{C}\cdot\text{kg/mol}$, la solución de $\text{CaCl}_2$ ideal hierve a una temperatura cercana a $100{,}8\ ^\circ\text{C}$.
Presión osmótica y conservas
Una membrana semipermeable deja pasar el agua pero no el soluto. Si separa dos soluciones de distinta concentración, el agua pasa hacia el lado más concentrado. Ese paso de agua se llama ósmosis, y la presión que haría falta aplicar para detenerlo es la presión osmótica.
Así se conservan los duraznos en almíbar: con azúcar muy concentrado afuera, el agua de las células de los microorganismos sale hacia el almíbar. Se deshidratan y no pueden multiplicarse. Con agua casi sin azúcar, el agua entra en ellos y siguen vivos. Por la misma razón, los duraznos del frasco concentrado pierden agua y se arrugan.
Antonella prepara dos frascos de duraznos en conserva: en el primero usa un almíbar muy concentrado y en el segundo, agua con muy poca azúcar. Argumenta, usando la…
Antonella prepara dos frascos de duraznos en conserva: en el primero usa un almíbar muy concentrado y en el segundo, agua con muy poca azúcar. Argumenta, usando la presión osmótica, qué ocurre con el agua de las células de los microorganismos en cada caso y cuál de los dos frascos se conservará mejor. Explica además por qué los duraznos del primer frasco pueden arrugarse.
Vuelve al principio: la sal en el camino se disuelve en el agua del hielo, baja su punto de congelación (descenso crioscópico) y por eso el hielo se derrite aunque haga menos de $0\ ^\circ\text{C}$.