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Propiedades Coligativas

Por medio de la presente solicito información teorica sobre propiedades coligativas de los electrolitos para presentar un informe en mi materia de Química de los Metales de Ingeniería Mecánica.


Agradezco de antemano su colaboración.

 
Preguntado por Filemón
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Respuesta:

¿QUÉ ES UN ELECTROLITO?


Para empezar, vamos a definir "electrolito" como aquella sustancia que en disolución se disocia; es decir que las moléculas del electrolíto se fragmentan en iones positivos (cationes) e iones negativos (aniones).


Si esta disociación le ocurre a la totalidad de las moléculas, hablaremos de un electrolito fuerte; y si sólo ocurre a cierto porcentaje de las moléculas en disociación, hablaremos de electrolito débil.


Este grado de disociación se puede calcular de la siguiente forma:


A2B <=> 2A(-) + B(+)

i)......m...................0.......0

eq)...m-ma............2ma....ma


Donde:

i) significa "inicialmente"

eq) significa "en el equilibrio"

m = número de particulas iniciales de electrolito A2B

a = número de moléculas que se disocian, en tanto por uno (si tuviera inicialmente 1 partícula, se disociaría a; como tengo m, se disocian ma)


En el equlibrio, el número de partículas totales es (Nt):


Nt = m-ma + 2ma + ma = m (1+2a) = m(1+(3-1)a)


El último paso lo hago para introducir el concepto "número de especies en que se disocia cada molécula de electrolito"; en este caso, es 3 (2 de A y de B). A este concepto le asigno la letra n. Y así, puedo generalizar:


Nt = m (1 + (n-1)a) => Nt/m = 1 + (n-1)a = i


donde i, llamado Factor de Corrección de Vant' Hoff, me indica el número de partículas que tengo en el equilibrio por cada particula inicial de electrolito. Fíjate que si no tratara con un soluto que fuera electrolítico, n sería 1 e i sería 1. Todo concuerda.




PROPIEDADES COLIGATIVAS


Las propiedades coligativas de una solución son aquellas que dependen solamente de:


- la naturaleza del disolvente

- el número de partículas del soluto (pero no de su naturaleza).



Estas son:


1.- Disminución de la presión de vapor del disolvente.

2.- Disminución del punto de congelación.

3.- Aumento del punto de ebullición.

4.- Presión osmótica de la solución.




1.- DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR DEL DISOLVENTE


Previamente, definir tres conceptos para saber de qué estamos hablando:




  • Presión de vapor (Pv): Presión que ejerce el vapor de un líquido volatil sobre el propio líquido una vez alcanzado el equilibrio a una temperatura dada.




  • Punto de ebullición: Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión exterior (la de la atmosfera donde se encuentra el líquido)




  • Punto de ebullicíón normal: Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a 1 atmósfera.




Si tenemos una disolución, a todo lo referente al disolvente le pondremos el subíndice 1; y a todo lo referente al soluto, el subíndice 2. Por tanto, la presión de vapor que soporta la disolución (Pt) es la suma de las presiones parciales: Pt = P1 + P2.


La Ley de Raoult establece cómo calcular estas presiones parciales:


P1 = P1,p * X1


siendo:

P1,p = la presión de vapor del disolvente cuando está puro (sin soluto)

X1 = la fracción molar del disolvente en la disolución

* = signo de multiplicacion


Entonces, a lo que se refiere la propiedad coligativa es a la diferencia entre P1,p y P1 por efecto de introducir un soluto (¡ojo! se supone no volatil el soluto):


DP = P1,p - P1 = P1,p - P1.p * X1 = P1,p(1-X1) = P1,p * X2


[D se refiere a la letra griega delta, variación]


Y ya está, fíjate que esta diferencia de presión es igual a la presión del disolvente puro (que depende de su naturaleza, de cuál es el disolvente) y de la fracción molar del soluto ... que mide cuánto soluto hay pero no depende de su Naturaleza.


Fíjate también que la diferencia es siempre positiva (porque lo son P1,p y X2), así que el disolvente siempre tiene mayor presión de vapor puro que en disolución.


La explicación intuitiva es muy sencilla:


En un lenguaje coloquial (y mucho) diriamos que, si el soluto se disuelve es porque interacciona con el disolvente, y esto es porque el disolvente está "a gusto" con el soluto; y, por tanto, tiende menos a "escaparse", a subir como vapor... prefiere quedarse en la disolución.


Si estamos hablando de solutos electrolíticos (que es tu pregunta), la última ecuación tienes que multiplicarla por i (Factor de Corrección de Vant' Hoff, antes explicado) ya que es importante el número de partículas de soluto.




2.- DISMINUCION DEL PUNTO DE CONGELACION


El punto de congelación es la temperatura a la cual una sustancia establece el equilibrio sólido-líquido, y a una determinada presión (suele ser la presión exterior).


La disminución del punto de congelación de una disolución (DTc) , con respecto al punto de congelación del disolvente puro, al disolver en él un soluto está dada por:


DTc = Tc,p - Tc,d = m * Kc


[D se refiere a la letra griega delta, variación]


Donde:

Tc,p = Temperatura de congelación del disolvente puro

Tc,d = Temperatura de congelación de la disolución

m = es la molalidad

Kc = es la constante crioscópica del disolvente. También se le denomina constante molal del punto de congelación.

* = signo de multiplicacion


De nuevo, la explicación intuitiva, y en lenguaje coloquial, es sencilla:


Cuando un líquido se solidifica (o congela, es lo mismo siempre que a presión y temperatura ambiente la sustancia sea líquida) lo que ocurre es que las moléculas interaccionan más fuertemente; si añado un soluto y se disuleve, significa que las moléculas de disolvente y soluto están interaccionando... y están "más a gusto" juntas que separadas. Por tanto, el disolvente prefiere quedarse "líquido" junto al soluto, que "solidificarse" él solo.


Ya sabes que si estamos hablando de solutos electrolíticos (que es tu pregunta), la ecuación tienes que multiplicarla por i (Factor de Corrección de Vant' Hoff, antes explicado) ya que es importante el número de partículas de soluto.


Esta propiedad coligativa es el fundamento de echar sal al suelo cuando nieva o hiela. Lo que estamos haciendo es añadir un electrolito (NaCl) al agua, de forma que la disolución resultante congela a menor temperatura que el agua (hielo o nieve) inicial.




3.- AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICION


Anteriormente ya hemos definido el punto de ebullición y el punto de ebullición normal.


El aumento del punto de ebullición de una disolución (DTe) , con respecto al punto de ebullición del disolvente puro, al disolver en él un soluto no volátil, está dado por:


DTe = Te,d - Te,p = m * Ke


Donde:

Te,p = Temperatura de ebullición del disolvente puro

Te,d = Temperatura de ebullición de la disolución

m = es la molalidad

Ke = es la constante ebulloscópica del disolvente. También se le denomina constante molal del punto de ebullición.

* = signo de multiplicacion


Tanto en esta propiedad, como en la anterior, vuélvete a fijar en la ecuación y date cuenta que depende de "algo" del disolvente (la constante ebulloscópica/crioscópica) y de otro "algo" que mide concentración del soluto (molalidad).


Ambas ecuaciones (crioscópica y ebulloscópica) no son meramente empíricas, se pueden deducir termodinámicamente; y las constantes Kc y Ke son una agrupación de parámetros del disolvente.


La explicación intuitiva es similar a las anteriores...


Si estamos hablando de solutos electrolíticos (que es tu pregunta), no olvides que la ecuación tienes que multiplicarla por i (Factor de Corrección de Vant' Hoff, antes explicado) ya que es importante el número de partículas de soluto.


Para esta propiedad, también encontramos una aplicación de la vida diaria:


En la mayoria de las recetas de cocina en las que hay que hervir agua, hay que añadir sal. Pues bien, si añades la sal desde el principio, va a tardar más en hervir el agua que si sólo pones agua. ¿Por qué? Porque si has añadido la sal, no estás hirviendo agua sino una disolución acuosa de un electrolito (otra vez el NaCl)... y su punto de ebullición es mayor: necesita más calor, más rato, para alcanzar la temperatura de ebullición.




4.- PRESION OSMOTICA


Si una disolución y su disolvente puro están separados por una membrana semipermeable que deja pasar solamente a las moléculas de disolvente, el resultado neto es el paso de disolvente a la disolución. Este fenómeno se denomina ósmosis.


La presión osmótica, es la presión que se debe aplicar a la disolución para que no ocurra la ósmosis. Es decir, el resultado neto no indique paso del disolvente a través de la membrana semipermeable. Decimos neto porque, como siempre ocurre en Química, se trata de un equilibrio dinámico; es decir, constantemente están pasando moléculas de disolvente del disolvente puro a la disolución y, también, viceversa. Cuando observamos (macroscópicamente, claro) que ha pasado disolvente del puro a la disolución, lo que ha ocurrido es que más moléculas han pasado en este sentido que al revés (de la disolución al disolvente puro).


Van't Hoff determinó que para soluciones diluídas, la presión osmótica (P, se suele representar por una pi mayúscula ), satisface la siguiente relación:


PV = nRT


Donde:

V = es el volumen de la disolución

n = es el número de moles de soluto

R = es la constante universal de los gases ideales (=0,082 [atm-l/mol-°K ])

T = temperatura absoluta


Una vez más, se repite la explicación intuitiva. Siempre es la misma idea:


Si ocurre la disolución del soluto en el disolvente es porque ambos prefieren "estar juntos" (más rigurosamente: su energía se minimiza al interaccionar); por lo tanto, cualquier situación en la que el disolvente está solo (porque se evapora, o se congela, o porque sí) pero puede estar acompañado por el soluto (disolución), dicho disolvente va a preferir la compañia antes que la soledad... y de ahí que se evaporen menos moléculas (disminución de la presion de vapor o aumento del punto de ebullición), o que se congelen menos (disminución del punto de congelación), o que las moléculas pasen a la disolución a traves de una membrana (presión osmótica).


Como siempre, si estamos hablando de solutos electrolíticos (que es tu pregunta), el miembro de la derecha de la ecuación tienes que multiplicarlo por i (Factor de Corrección de Vant' Hoff, antes explicado) ya que es importante el número de partículas de soluto.


Esta propiedad la conocen bien los médicos y veterinarios. ¿Cuándo? cuando inyectan suero fisiológico a sus pacientes ya que si no tienen cuidado con la concentración de este, al introducirse en la sangre puede provocar que los glóbulos rojos se "hinchen" o "arrugen" (por paso de agua de un medio a otro)... y este fenómeno no es nada bueno para el susodicho paciente.

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Respondido por computerchemistrylab

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Respondido por Anónimo el
 

 

 

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