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1 PREGUNTA (Técnico Profesional) Se prepara una solución con 2 mol de agua y 0,5 mol de un electrolito no volátil. Al respecto, cuál es la presión de vapor a 25 ºC de esta solución, si la presión del agua pura es 0,03 atm? A) 0,024 atm B) 0,060 atm C) 0,075 atm D) 0,240 atm E) 0,600 atm COMENTARIO Se ha establecido a través de estudios experimentales, que los líquidos presentan propiedades físicas tales como, el punto de ebullición, el punto de congelación, la presión de vapor, entre otras. Cuando a un se le agrega un soluto se produce una alteración de estas propiedades, la cual depende del número de partículas disueltas en una cantidad fija de solvente. Dichas propiedades se denominan coligativas. A continuación se detallan cada una de las propiedades coligativas: 1.- Disminución de la presión de vapor La presión de vapor, es la presión que ejerce un determinado número de moléculas al escapar de la superficie de un líquido por unidad de área. Las moléculas con mayor energía en la superficie pueden escapar fácilmente a la fase gaseosa, puesto que no todas se mueven con la misma velocidad. Por consiguiente diferentes líquidos con distintas fuerzas de atracción entre sus moléculas, tendrán una presión de vapor distinta. Cuando se agrega un soluto no volátil a un, la presión de vapor del en la solución disminuye, debido a las nuevas interacciones intermoleculares generadas entre soluto y solvente (ver Figura N 1): P < Pº Donde, P es la presión de vapor del solvente en la solución y Pº es la presión de vapor del.

2 Figura N 1 Desde el punto de vista molecular: Moléculas de solvente Moléculas de soluto Presión de vapor del (P ) Solvente Puro Presión de vapor del solvente en la solución (P) El grado en que un soluto no volátil disminuye la presión de vapor es proporcional a su concentración, lo que se pone de manifiesto en la Ley de Raoult, la cual establece que la presión parcial ejercida por el vapor del solvente sobre una solución, P A, es igual al producto de la fracción molar del solvente, X A, en la solución y la presión de vapor del,, tal como se muestra en la siguiente expresión: P A = X A (*) Para relacionar la presión de vapor con el soluto, se puede considerar que X A = 1 X B, donde X B es la fracción molar del soluto, de acuerdo a esto, y reemplazando en la expresión de la Ley de Raoult, se obtiene que: P = X B (**) En esta expresión se obtiene una relación directa entre la variación de la presión de vapor y la fracción molar del soluto. Es necesario destacar que las soluciones que obedecen la Ley de Raoult son soluciones ideales, esto ocurre cuando la concentración de soluto es baja y cuando el tamaño molecular y el tipo de fuerzas que hay entre el soluto y el solvente son semejantes. En las soluciones reales se producen desviaciones de la Ley de Raoult al aumentar la concentración del soluto. A su vez, cuando se comparan las presiones de vapor de dos soluciones de igual composición y diferente concentración, aquella solución más concentrada tendrá la menor presión de vapor.

3 2.- Ascenso ebulloscópico o del punto de ebullición El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala a la presión atmosférica. Cuando se agrega un soluto no volátil a un, la temperatura de ebullición de este aumenta, pues como vimos anteriormente la presión de vapor disminuye, y por tanto, necesita mayor temperatura para igualar la presión atmosférica (ver Figura N 2): Figura N 2 T e solución > El ascenso ebulloscópico ( T e ) es la diferencia entre la temperatura de ebullición de una solución a una concentración dada y la del, tal como se muestra en la siguiente expresión: 760 Presión (mmhg) Solvente T e = T e solución Temperatura ( C) T e T e T e Además, es directamente proporcional a la concentración molal del soluto (m), expresada como: T e = k e m Donde k e corresponde a la constante ebulloscópica. 3.- Descenso crioscópico o del punto de congelación El punto de congelación es la temperatura a la cual coexisten en equilibrio la fase sólida y la líquida de una sustancia (ver Figura N 3): Cuando se agrega un soluto no volátil a un, la temperatura de congelación de este disminuye. Figura N 3 T c solución < Este descenso ( T c ) es la diferencia entre la temperatura de congelación de una solución a una concentración dada y el. T c = T c solución solvente 760 Presión (mmhg) Sólido Líquido Solvente puro Vapor T c T c Temperatura ( C) T c

4 T c, es directamente proporcional a la concentración molal (m) del soluto, expresada como: Donde k c es la constante crioscópica T c = k c m 4.- Variación de la presión osmótica Figura N 4 La osmosis es la tendencia que tienen los solventes a desplazarse espontáneamente desde zonas de menor a mayor concentración de partículas a través de una membrana semipermeable, (ver Figura N 4). El efecto puede pensarse como una tendencia de los solventes a diluir. La presión que se requiere para detener la osmosis, se conoce como presión osmótica (π) y se expresa como: π = C R T Donde C es la concentración molar de la solución, R es la constante de los gases (0,082 atml/molk) y T es la temperatura absoluta (K). Para electrolitos se debe introducir el factor de van t Hoff (i), el cual se determina experimentalmente, sin embargo, se puede encontrar un valor aproximado a partir de la disociación del soluto, quedando la expresión como: π = i C R T Por ejemplo, la disociación del cloruro de sodio, NaCl, da origen a dos iones (Na + y Cl ), por lo que el factor teórico de van t Hoff para una solución diluida de cloruro de sodio es 2. Respecto a la pregunta planteada, para responderla correctamente debes determinar la presión de vapor de una solución de un electrolito no volátil en agua a 25 ºC, para lo cual debes utilizar la ecuación (*) antes mencionada y los datos proporcionados en el enunciado. Primero debes calcular la fracción molar del solvente, mediante la siguiente expresión: cantidad de solvente (mol) 2 Fracción molar solvente = 0,8 Cantidad desoluto(mol)+ cantidad de solvente(mol) 2,5

5 Reemplazando este valor y la presión de vapor del agua pura (0,03 atm) se obtiene que: Presionde vaporsolución 0,8 0,03 atm 0,024 atm La presión de vapor de la solución es 0,024 atm, por lo que, la opción A) es la correcta. FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR Eje Temático / Área Temática: Materia y sus transformaciones / Reacciones químicas y estequiometría Nivel: II Medio Objetivo Fundamental: Reconocer diversos tipos de soluciones en estado sólido, líquido y gaseoso, sus propiedades, aplicaciones tecnológicas y las etapas necesarias para la preparación de soluciones a concentraciones conocidas. Contenido Mínimo Obligatorio: Descripción de las propiedades coligativas de las soluciones que permiten explicar, por ejemplo, la inclusión de aditivos al agua de radiadores, la mantención de frutas y mermeladas en conserva, el efecto de la adición de sal en la fusión del hielo. Habilidad Cognitiva: Aplicación Clave: A

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