Aumento ebulloscópico, descenso crioscópico y presión osmótica
Luis Carlos va al río con su familia y llena la hielera con hielo. Echa un puñado de sal común y nota que el hielo se derrite un poco, pero que el agua queda más fría que el hielo solo. En casa, su mamá agrega sal al agua del sancocho y el caldo tarda un poquito más en hervir. ¿Por qué una sustancia disuelta cambia la temperatura de congelación y de ebullición del agua? ¿Y qué tiene que ver con que un pez de río no sobreviva en el mar? Lo vas a explicar al final de esta página.
Qué son las propiedades coligativas
Cuando disuelves un soluto en un disolvente, la disolución no se comporta igual que el disolvente puro. Algunas de esas diferencias dependen solo de la cantidad de partículas disueltas y no de qué sustancia sea. Se llaman propiedades coligativas.
Son cuatro:
| Propiedad | Qué le pasa a la disolución respecto al disolvente puro |
|---|---|
| Descenso de la presión de vapor | Su presión de vapor es menor |
| Aumento del punto de ebullición (aumento ebulloscópico) | Hierve a mayor temperatura |
| Descenso del punto de congelación (descenso crioscópico) | Se congela a menor temperatura |
| Presión osmótica | Aparece una presión cuando una membrana semipermeable la separa del disolvente puro |
¿Por qué ocurre? Las partículas de soluto ocupan parte de la superficie del líquido y se «mezclan» con el disolvente. Así, menos moléculas de disolvente escapan al vapor. Esto es el descenso de la presión de vapor, y se resume en la ley de Raoult: cuanto mayor es la fracción de soluto, menor es la presión de vapor. De esa menor tendencia a escapar del líquido salen los otros tres efectos. Cuantas más partículas haya, más grande es el efecto.
En este apartado trabajamos con solutos no volátiles (no se evaporan) y con disoluciones diluidas, donde las fórmulas funcionan bien.
Nombra las cuatro propiedades coligativas que se estudian en el curso: el descenso de la presión de vapor, el aumento ebulloscópico, el descenso crioscópico y la presión…
Nombra las cuatro propiedades coligativas que se estudian en el curso: el descenso de la presión de vapor, el aumento ebulloscópico, el descenso crioscópico y la presión osmótica. Explica con tus palabras por qué se llaman «coligativas» y de qué factor dependen, sin importar qué soluto se disuelva.
En las salinas y en las cocinas panameñas es común agregar sal al agua. Indica cuál de estas situaciones es una manifestación de una propiedad coligativa y nombra cuál…
En las salinas y en las cocinas panameñas es común agregar sal al agua. Indica cuál de estas situaciones es una manifestación de una propiedad coligativa y nombra cuál es:
- a) El agua con sal hierve a una temperatura ligeramente mayor que el agua sin sal.
- b) El agua con sal se ve más turbia que el agua sin sal.
- c) El agua con sal tiene sabor más fuerte.
Explica brevemente tu elección.
Molalidad y factor de van't Hoff
Para medir «cuántas partículas hay» usamos la molalidad, que no cambia con la temperatura porque se basa en masas.
Si el soluto es un no electrolito (glucosa, sacarosa, urea), cada mol de soluto da un mol de partículas. Si es un electrolito, se separa en iones y da más partículas. El factor de van't Hoff, $i$, cuenta cuántas partículas produce cada unidad de soluto al disolverse por completo.
| Soluto | Se disuelve como | $i$ ideal |
|---|---|---|
| Glucosa, sacarosa | una molécula | 1 |
| NaCl | $\text{Na}^+ + \text{Cl}^-$ | 2 |
| $\text{CaCl}_2$ | $\text{Ca}^{2+} + 2\,\text{Cl}^-$ | 3 |
Ana Lucía disuelve $0.50$ mol de glucosa, un soluto no electrolito y no volátil, en $1.00$ kg de agua. Calcula la molalidad de la disolución e indica si su punto de…
Ana Lucía disuelve $0.50$ mol de glucosa, un soluto no electrolito y no volátil, en $1.00$ kg de agua. Calcula la molalidad de la disolución e indica si su punto de ebullición será mayor o menor que el del agua pura. Justifica tu respuesta en una o dos frases.
Aumento del punto de ebullición
Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la presión exterior. La disolución tiene menor presión de vapor que el disolvente puro, así que necesita más temperatura para llegar a esa presión. Por eso hierve a una temperatura mayor.
El efecto es pequeño. Una disolución con $1$ mol/kg de soluto no electrolito solo hierve $0.512\ ^\circ\text{C}$ por encima de $100\ ^\circ\text{C}$. Por eso la sal del sancocho casi no cambia su tiempo de cocción.
Yariela prepara una disolución de $18.0$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol) en $200$ g de agua. Usa la constante ebulloscópica del agua,…
Yariela prepara una disolución de $18.0$ g de glucosa ($M = 180$ g/mol) en $200$ g de agua. Usa la constante ebulloscópica del agua, $K_b = 0.512\ ^\circ\text{C}\cdot\text{kg/mol}$, y calcula:
- a) la molalidad de la disolución;
- b) el aumento del punto de ebullición, $\Delta T_b$;
- c) el punto de ebullición de la disolución, suponiendo que el agua pura hierve a $100.0\ ^\circ\text{C}$.
Descenso del punto de congelación
Con la congelación pasa lo contrario. Las partículas de soluto estorban a las moléculas de agua para ordenarse en el hielo, así que hay que enfriar más para que la disolución se congele.
Aquí el signo importa: el punto de congelación baja, así que se resta $\Delta T_f$.
Esto explica la hielera de Luis Carlos: el hielo con sal forma una mezcla líquida con menor punto de congelación, y por eso la mezcla queda por debajo de $0\ ^\circ\text{C}$. Es el mismo principio de los anticongelantes de los radiadores.
Luis Carlos quiere conservar hielo en una hielera para llevar al río. Agrega sal común (NaCl) al hielo y observa que la temperatura baja por debajo de…
Luis Carlos quiere conservar hielo en una hielera para llevar al río. Agrega sal común (NaCl) al hielo y observa que la temperatura baja por debajo de $0\ ^\circ\text{C}$. Calcula el descenso del punto de congelación de una disolución que contiene $0.30$ mol de NaCl en $500$ g de agua. Considera $K_f = 1.86\ ^\circ\text{C}\cdot\text{kg/mol}$ y que el NaCl se disocia por completo en dos iones (factor de van't Hoff $i = 2$). Indica el punto de congelación resultante.
Abdiel compara tres disoluciones acuosas, todas con concentración $0.10$ mol/kg: glucosa, NaCl y $\text{CaCl}2$. Suponiendo disociación completa y comportamiento ideal,…
Abdiel compara tres disoluciones acuosas, todas con concentración $0.10$ mol/kg: glucosa, NaCl y $\text{CaCl}_2$. Suponiendo disociación completa y comportamiento ideal, con $K_f = 1.86\ ^\circ\text{C}\cdot\text{kg/mol}$:
- a) determina el factor de van't Hoff $i$ de cada soluto;
- b) calcula el descenso del punto de congelación de cada disolución;
- c) ordena las disoluciones de menor a mayor punto de congelación y argumenta por qué, con la misma molalidad, los efectos son distintos.
Presión osmótica
Una membrana semipermeable deja pasar las moléculas de agua pero no las de soluto. Si separa agua pura de una disolución, el agua pasa hacia la disolución. A ese paso del disolvente se le llama ósmosis. Para impedirlo habría que aplicar una presión sobre la disolución, y esa presión es la presión osmótica, $\Pi$.
Es la misma forma que $PV = nRT$: las partículas disueltas «empujan» como las de un gas. El agua fluye siempre de la disolución más diluida hacia la más concentrada.
El pez en el mar. Las células de un pez de agua dulce tienen una concentración interna de partículas mayor que el agua del río. Allí el agua tiende a entrar, y el pez la elimina. Si lo pasas al mar, que es mucho más concentrado, el agua sale de sus células hacia el exterior y se deshidratan. Los manglares y otros organismos de costa viven en agua salada gracias a mecanismos que controlan la sal y el agua.
Vuelve al principio: la sal baja el punto de congelación del agua y sube su punto de ebullición porque sus partículas disueltas bajan la presión de vapor y estorban el ordenamiento del hielo. El pez de río muere en el mar porque la diferencia de concentración hace que el agua salga de sus células por ósmosis.
Una disolución acuosa de un soluto no electrolito tiene una concentración de $0.25$ mol/L a $27\ ^\circ\text{C}$. Calcula su presión osmótica con la expresión…
Una disolución acuosa de un soluto no electrolito tiene una concentración de $0.25$ mol/L a $27\ ^\circ\text{C}$. Calcula su presión osmótica con la expresión $\Pi = MRT$, usando $R = 0.0821\ \text{L}\cdot\text{atm}/(\text{mol}\cdot\text{K})$. Expresa el resultado en atmósferas y explica hacia qué lado fluiría el agua si esta disolución estuviera separada del agua pura por una membrana semipermeable.
Un grupo de estudiantes de Boquete analiza por qué los peces de agua dulce no sobreviven si se trasladan a agua de mar, y por qué los manglares de la costa deben manejar…
Un grupo de estudiantes de Boquete analiza por qué los peces de agua dulce no sobreviven si se trasladan a agua de mar, y por qué los manglares de la costa deben manejar el agua salada. Usando el concepto de presión osmótica, y suponiendo que el interior de las células de un pez de agua dulce equivale a una disolución de $0.15$ mol/L de partículas, mientras que el agua de mar equivale a unos $1.1$ mol/L de partículas:
- a) calcula la presión osmótica aproximada de cada medio a $25\ ^\circ\text{C}$ con $R = 0.0821\ \text{L}\cdot\text{atm}/(\text{mol}\cdot\text{K})$;
- b) indica en qué sentido se movería el agua a través de las membranas celulares del pez en agua de mar;
- c) argumenta qué consecuencia tendría para las células y por qué el fenómeno es una propiedad coligativa.