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Propiedades coligativas de las soluciones · Propiedades coligativas y su importancia cotidiana e industrial

Descenso de la presión de vapor y aumento ebulloscópico

Es invierno y el auto de tu familia sube por el camino a Farellones. El agua del radiador se calienta mucho, pero no debe hervir. Por eso se le agrega un aditivo anticongelante. ¿Cómo puede una sustancia disuelta cambiar la temperatura a la que hierve el agua? Lo resolveremos con el modelo de partículas.

Qué es una propiedad coligativa

Una solución tiene propiedades que dependen de qué soluto lleva: el color, el sabor, la densidad o el pH. Pero hay otras que solo dependen de cuántas partículas de soluto hay disueltas, sin importar de qué sustancia son.

Las cuatro propiedades coligativas son:

  • el descenso de la presión de vapor,

  • el aumento del punto de ebullición (aumento ebulloscópico),

  • el descenso del punto de congelación (descenso crioscópico),

  • la presión osmótica.

En esta página vemos las dos primeras. Las otras dos están en la página de descenso crioscópico y presión osmótica.

Propiedad ¿Coligativa? ¿Por qué?
Color No Depende de la sustancia (el permanganato es violeta, la sal no tiene color)
Densidad No Depende de la masa de cada tipo de partícula
pH No Depende de si el soluto es ácido o básico
Descenso de la presión de vapor Sí Depende del número de partículas
Aumento del punto de ebullición Sí Depende del número de partículas
Presión osmótica Sí Depende del número de partículas
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Explica con tus palabras qué es una propiedad coligativa. Luego indica por qué el aumento del punto de ebullición de una solución acuosa depende del número de partículas…

Explica con tus palabras qué es una propiedad coligativa. Luego indica por qué el aumento del punto de ebullición de una solución acuosa depende del número de partículas de soluto disueltas y no de qué sustancia se trata.

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Una profesora escribe en la pizarra las siguientes propiedades de una solución: color, descenso de la presión de vapor, densidad, aumento del punto de ebullición,…

Una profesora escribe en la pizarra las siguientes propiedades de una solución: color, descenso de la presión de vapor, densidad, aumento del punto de ebullición, presión osmótica y pH. Clasifica cada una como coligativa o no coligativa. Justifica brevemente tu clasificación.

Resolver

Presión de vapor y soluto no volátil

En un líquido, las partículas se mueven y algunas de la superficie escapan al aire como vapor. En un recipiente cerrado, algunas vuelven al líquido. Cuando salen y entran al mismo ritmo, el vapor ejerce una presión constante: la presión de vapor.

Si disuelves un soluto no volátil (no pasa a vapor, como la sal o el azúcar), parte de la superficie queda ocupada por partículas de soluto. Así, menos moléculas de agua pueden escapar y la presión de vapor baja.

Dos recipientes cerrados: agua pura con muchas moléculas en el vapor y solución con soluto no volátil con menos moléculas en el vapor Agua pura más moléculas en el vapor Solución menos moléculas en el vapor azul: agua · naranja: soluto no volátil

Ley de Raoult

Para una solución con soluto no volátil y no electrolito, la presión de vapor se calcula así:

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A $25\ ^\circ\text{C}$ la presión de vapor del agua pura es $23{,}8\ \text{mmHg}$. Se prepara una solución con un soluto no volátil y no electrolito, en la que la…

A $25\ ^\circ\text{C}$ la presión de vapor del agua pura es $23{,}8\ \text{mmHg}$. Se prepara una solución con un soluto no volátil y no electrolito, en la que la fracción molar del soluto es $0{,}05$.

  1. a) Calcula la presión de vapor de la solución usando la ley de Raoult.
  2. b) Calcula cuánto descendió la presión de vapor respecto del agua pura.
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Por qué hierve a mayor temperatura

Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión externa (a nivel del mar, 1 atm = 760 mmHg). Al calentar, la presión de vapor sube hasta alcanzar ese valor.

Pero la solución con soluto no volátil tiene menor presión de vapor a la misma temperatura. Hay que calentarla más para que su presión de vapor llegue a 760 mmHg. Por eso hierve a mayor temperatura.

Curvas de presión de vapor frente a temperatura: la de la solución está bajo la del agua pura y alcanza la presión externa a mayor temperatura presión externa (1 atm) 100 °C más de 100 °C agua pura solución presión de vapor T
Practica★☆☆Sin empezar
Vicente llena el radiador de un auto con agua pura y su papá llena el de otro auto con una mezcla de agua y etilenglicol (aditivo anticongelante). Ambos radiadores están…

Vicente llena el radiador de un auto con agua pura y su papá llena el de otro auto con una mezcla de agua y etilenglicol (aditivo anticongelante). Ambos radiadores están a la misma presión. Indica cuál de los dos líquidos hierve a mayor temperatura y explica por qué, usando la idea de presión de vapor.

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Aumento ebulloscópico: la fórmula

El aumento del punto de ebullición se llama aumento ebulloscópico. Para soluciones diluidas es proporcional a la molalidad:

Se usa la molalidad (mol/kg de solvente) y no la molaridad porque no cambia con la temperatura: depende de masas, no de volúmenes.

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Se disuelven 62 g de etilenglicol, $C_2H_6O_2$ (masa molar $62\ \text{g/mol}$), en 500 g de agua. El etilenglicol no se disocia en agua. La constante ebulloscópica del…

Se disuelven 62 g de etilenglicol, $C_2H_6O_2$ (masa molar $62\ \text{g/mol}$), en 500 g de agua. El etilenglicol no se disocia en agua. La constante ebulloscópica del agua es $K_b = 0{,}512\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.

  1. a) Calcula la molalidad de la solución.
  2. b) Calcula el aumento del punto de ebullición.
  3. c) Indica a qué temperatura hierve la solución a 1 atm, sabiendo que el agua pura hierve a $100\ ^\circ\text{C}$ a esa presión.
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El sistema de enfriamiento de un auto contiene 4,0 kg de agua. Se quiere que la mezcla hierva $3{,}0\ ^\circ\text{C}$ por sobre el agua pura. Para ello se agrega…

El sistema de enfriamiento de un auto contiene 4,0 kg de agua. Se quiere que la mezcla hierva $3{,}0\ ^\circ\text{C}$ por sobre el agua pura. Para ello se agrega etilenglicol, $C_2H_6O_2$ (masa molar $62\ \text{g/mol}$, no electrolito). Usa $K_b = 0{,}512\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.

  1. a) Calcula la molalidad necesaria.
  2. b) Calcula la masa de etilenglicol que hay que agregar.
  3. c) Un compañero dice que, si se agrega el doble de etilenglicol, el aumento de temperatura se duplicará siempre. Analiza esta afirmación e indica bajo qué supuesto es válida.
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Electrolitos: más partículas, más efecto

La propiedad depende del número de partículas. La glucosa no se disocia: una unidad de glucosa es una partícula. En cambio, el NaCl se disocia en agua:

$$\text{NaCl} \longrightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^-$$

Cada unidad de NaCl da dos partículas. Por eso, con la misma molalidad, el NaCl produce un efecto del doble que la glucosa. Para un electrolito que se disocia por completo, se multiplica por el número de iones que libera, $i$:

$$\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m$$

Aquí $i = 1$ para no electrolitos y $i = 2$ para NaCl.

Practica★★☆Sin empezar
Antonella prepara tres soluciones acuosas y quiere compararlas: | Solución | Soluto | Molalidad (mol/kg) | |---|---|---| | A | glucosa | 0,5 | | B | cloruro de sodio,…

Antonella prepara tres soluciones acuosas y quiere compararlas:

Solución Soluto Molalidad (mol/kg)
A glucosa 0,5
B cloruro de sodio, NaCl 0,5
C glucosa 1,0

Considera que la glucosa no se disocia y que el NaCl se disocia por completo en dos iones. Usa $K_b = 0{,}512\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.

  1. a) Calcula el aumento del punto de ebullición de cada solución.
  2. b) Ordena las soluciones de menor a mayor temperatura de ebullición y explica por qué dos de ellas resultan iguales.
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Practica★★★Sin empezar
Josefa disuelve 20 g de NaCl (masa molar $58{,}5\ \text{g/mol}$) en 1,0 kg de agua. Matías disuelve 20 g de sacarosa (masa molar $342\ \text{g/mol}$) también en 1,0 kg…

Josefa disuelve 20 g de NaCl (masa molar $58{,}5\ \text{g/mol}$) en 1,0 kg de agua. Matías disuelve 20 g de sacarosa (masa molar $342\ \text{g/mol}$) también en 1,0 kg de agua. Considera que el NaCl se disocia por completo en dos iones, que la sacarosa no se disocia y que $K_b = 0{,}512\ ^\circ\text{C·kg/mol}$.

  1. a) Calcula el aumento del punto de ebullición en cada caso.
  2. b) Determina cuántas veces es mayor el efecto del NaCl que el de la sacarosa.
  3. c) Argumenta por qué, aun con la misma masa de soluto, los efectos son tan distintos.
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Resumen

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