Descenso crioscópico y presión osmótica
Camino a Farellones, una mañana de invierno: el camión esparce sal sobre el pavimento y el hielo desaparece, aunque el termómetro marque algo menos de $0\ ^\circ\text{C}$. Y en tu casa, la mermelada de frutilla dura meses fuera del refrigerador sin echarse a perder. ¿Qué tienen en común la sal del camino y el azúcar de la mermelada? Ambas son solutos que cambian el comportamiento del agua, y lo hacen por cuántas partículas hay disueltas, no por qué sustancia sean.
Descenso crioscópico
El agua pura congela a $0\ ^\circ\text{C}$. Pero una solución de agua con sal o con azúcar empieza a congelar a una temperatura menor. A este fenómeno se le llama descenso crioscópico (o descenso del punto de congelación).
¿Por qué ocurre? Para congelar, las moléculas de agua deben ordenarse en una red de hielo. Las partículas de soluto se interponen y estorban ese ordenamiento. Hay que enfriar más para que el agua logre cristalizar.
Las propiedades coligativas son cuatro: el descenso de la presión de vapor, el aumento ebulloscópico, el descenso crioscópico y la presión osmótica. Todas dependen solo del número de partículas disueltas. En cambio, el color, la densidad o el pH de una solución no son coligativas, porque dependen de qué sustancia es el soluto.
La parte de cálculo es sencilla: el descenso es proporcional a la molalidad de la solución.
La temperatura de congelación de la solución es $T_f = T_f^{\text{puro}} - \Delta T_f$. Para el agua, $T_f = 0 - \Delta T_f$.
En invierno se esparce sal sobre los caminos de la cordillera para evitar que se forme hielo. Explica qué es el descenso crioscópico y cómo permite entender por qué la…
En invierno se esparce sal sobre los caminos de la cordillera para evitar que se forme hielo. Explica qué es el descenso crioscópico y cómo permite entender por qué la sal ayuda a que el agua no se congele a $0\ ^\circ\text{C}$.
Se disuelven 171 g de sacarosa (masa molar $342\ \text{g/mol}$, no electrolito) en 500 g de agua. La constante crioscópica del agua es…
Se disuelven 171 g de sacarosa (masa molar $342\ \text{g/mol}$, no electrolito) en 500 g de agua. La constante crioscópica del agua es $K_f = 1{,}86\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.
- a) Calcula la molalidad de la solución.
- b) Calcula el descenso del punto de congelación.
- c) Indica la temperatura a la que comienza a congelar la solución, sabiendo que el agua pura congela a $0\ ^\circ\text{C}$.
Sal en los caminos y aditivos anticongelantes
Cuando se echa sal sobre el hielo, se forma una pequeña cantidad de solución salina en la superficie. Esa solución solo congela a una temperatura menor que $0\ ^\circ\text{C}$, así que el hielo se derrite aunque haga algo de frío. Es lo que se hace en el Paso Los Libertadores y en los caminos de Farellones.
El mismo principio protege el motor de un auto: el aditivo anticongelante que se agrega al agua del radiador baja su punto de congelación para que no se hiele en invierno.
Se disuelven 58,5 g de NaCl (masa molar $58{,}5\ \text{g/mol}$) en 1.000 g de agua. Considera que el NaCl se disocia por completo en dos iones y usa…
Se disuelven 58,5 g de NaCl (masa molar $58{,}5\ \text{g/mol}$) en 1.000 g de agua. Considera que el NaCl se disocia por completo en dos iones y usa $K_f = 1{,}86\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.
- a) Calcula el descenso del punto de congelación y la temperatura de congelación de la solución.
- b) Si la temperatura en un camino de montaña baja a $-5\ ^\circ\text{C}$, ¿bastaría esta solución para evitar que se forme hielo? Justifica.
Ósmosis y membrana semipermeable
Una membrana semipermeable deja pasar las moléculas pequeñas del solvente (agua), pero no las del soluto disuelto. Las membranas de las células funcionan de forma parecida.
El solvente se mueve hacia donde hay más soluto, "tratando de diluirlo". Con el tiempo, el nivel de la solución concentrada sube y el de la diluida baja.
La presión osmótica ($\pi$) es la presión que habría que aplicar sobre la solución concentrada para detener ese flujo de solvente. Mientras más soluto, mayor es $\pi$.
Define ósmosis y membrana semipermeable. Si una solución concentrada y una solución diluida están separadas por una membrana semipermeable, indica en qué sentido se…
Define ósmosis y membrana semipermeable. Si una solución concentrada y una solución diluida están separadas por una membrana semipermeable, indica en qué sentido se mueve el solvente y qué sucede con el volumen de cada lado.
Presión osmótica: cálculo
Observa que aquí se usa la molaridad (mol/L de solución), y la temperatura siempre en kelvin.
Una solución acuosa de glucosa tiene una concentración de $0{,}10\ \text{mol/L}$ a $27\ ^\circ\text{C}$. Calcula su presión osmótica en atmósferas con la expresión…
Una solución acuosa de glucosa tiene una concentración de $0{,}10\ \text{mol/L}$ a $27\ ^\circ\text{C}$. Calcula su presión osmótica en atmósferas con la expresión $\pi = M\,R\,T$, donde $R = 0{,}082\ \text{atm·L/(mol·K)}$ y la temperatura debe estar en kelvin. Considera que la glucosa no se disocia.
El suero fisiológico contiene 0,9 g de NaCl por cada 100 mL de solución (masa molar del NaCl: $58{,}5\ \text{g/mol}$). Considera que el NaCl se disocia por completo en…
El suero fisiológico contiene 0,9 g de NaCl por cada 100 mL de solución (masa molar del NaCl: $58{,}5\ \text{g/mol}$). Considera que el NaCl se disocia por completo en dos iones y que la temperatura corporal es de $37\ ^\circ\text{C}$. Usa $R = 0{,}082\ \text{atm·L/(mol·K)}$.
- a) Calcula la concentración molar del suero.
- b) Calcula su presión osmótica a la temperatura corporal.
- c) Un glóbulo rojo tiene en su interior una presión osmótica similar a la del suero. Argumenta qué le ocurriría al glóbulo si se sumerge en agua destilada y qué le ocurriría si se sumerge en una solución de NaCl al 3 % m/v.
Conservas, células y vida cotidiana
La mermelada de frutilla, la fruta en almíbar, el charqui y los encurtidos duran porque tienen muchísima azúcar o sal. Un microorganismo es una célula con una membrana semipermeable. Si cae en un medio muy concentrado, el agua de su interior sale hacia afuera por ósmosis. La célula se deshidrata y no puede desarrollarse.
Lo mismo explica por qué una solución isotónica (como el suero fisiológico, 0,9 % m/v de NaCl) es segura para las células: su presión osmótica es parecida a la de la sangre y no entra ni sale agua en exceso.
Vuelve al principio: la sal del camino baja el punto de congelación del agua y el azúcar de la mermelada deshidrata a los microorganismos por ósmosis. En ambos casos actúa la cantidad de partículas disueltas.
La mermelada de frutilla y la fruta en almíbar se conservan por mucho tiempo gracias a su alto contenido de azúcar. Explica, usando la idea de ósmosis, por qué los…
La mermelada de frutilla y la fruta en almíbar se conservan por mucho tiempo gracias a su alto contenido de azúcar. Explica, usando la idea de ósmosis, por qué los microorganismos no logran desarrollarse en un medio con tanta azúcar disuelta.
Trinidad disuelve 10,0 g de un soluto molecular desconocido, no volátil y no electrolito, en 250 g de agua. La solución comienza a congelar a $-0{,}744\ ^\circ\text{C}$.…
Trinidad disuelve 10,0 g de un soluto molecular desconocido, no volátil y no electrolito, en 250 g de agua. La solución comienza a congelar a $-0{,}744\ ^\circ\text{C}$. Usa $K_f = 1{,}86\ ^\circ\text{C·kg/mol}$ y $K_b = 0{,}512\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.
- a) Calcula la molalidad de la solución.
- b) Calcula la masa molar del soluto.
- c) Predice la temperatura a la que hervirá esta misma solución a 1 atm y explica por qué el cambio en la ebullición es mucho menor que el cambio en la congelación.