PSU MÓDULO COMÚN QUÍMICA PROPIEDADES COLIGATIVAS

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1 DEPARTAMENTO DE CIENCIAS PSU_MÓDULO COMÚN DE QUÍMICA PSU MÓDULO COMÚN QUÍMICA PROPIEDADES COLIGATIVAS Corresponden a las nuevas propiedades del solvente, debido que el soluto altera al solvente puro en cuanto a sus propiedades Todas las propiedades coligativas tienen una característica en común, no dependen de la naturaleza de soluto presente, sino del número de moléculas de soluto en relación con el número total de moléculas presentes en el sistema ( cantidad de soluto). Se entiende por propiedades coligativas, aquéllas que adquieren las disoluciones por el hecho de haberse convertido en disoluciones, es decir, las nuevas propiedades que posee el disolvente (generalmente agua) cuando se le añade una sustancia (soluto) para convertirlo en disolución. La concentración de soluto altera algunas propiedades físicas de las soluciones llamadas: Propiedades coligativas. Las propiedades coligativas que poseen las disoluciones respecto al disolvente puro, son cuatro. Aumento en el punto de ebullición Descenso de la presión de vapor del solvente Descenso del punto de congelación Presión osmótica AUMENTO EN EL PUNTO DE EBULLICIÓN o AUMENTO EBULLOSCÓPICO A 1 atmósfera (atm) de presión o 760 milímetro de mercurio (mmhg), el agua pura hierve a 100C. Si al agua agregamos un soluto como azúcar o sal por ejemplo, podemos apreciar que el punto de ebullición se eleva sensiblemente. Este aumento del punto de ebullición (ascenso ebulloscópico) es mayor mientras más concentrada esté la solución. El punto de ebullición de un líquido ocurre cuando la presión de vapor de éste se iguala a la presión atmosférica. Cuando la presión de vapor del líquido es baja hay que elevar más la temperatura para hacerla hervir.

2 El aumento del punto de ebullición de la solución ( Te) respecto al solvente puro (T e ) es proporcional a la concentración molal del soluto. Te = Te T e = Aumento del punto de ebullición Ke = Constante ebulloscópica, constante de proporcionalidad específica para el solvente m = molalidad de la solución Al disolver un soluto no volátil en un líquido, la presión máxima de vapor disminuye (la solución emite menos vapores) por lo tanto, se necesitará mayor temperatura para hervir la solución. Validez de la ecuación: El soluto debe ser no volátil o que su punto de ebullición sea bastante más elevado que el solvente. La constante ebulloscópica es una característica del solvente, para el agua tiene un valor de 0,51 C kg/ mol y es el solvente que presenta la constante más baja DESCENSO DE LA PRESIÓN DE VAPOR DEL SOLVENTE La presión de vapor de la solución (P) es menor a la presión de vapor del solvente puro (P ) a una determinada temperatura y la disminución de esa presión es directamente proporcional a la fracción molar del solvente. Este comportamiento se conoce como la ley de Raoult. En una solución la presión de vapor es menor, al solvente puro, debido a la adición de un soluto no volátil. Pareciera como si las moléculas de soluto estorbasen la evaporación de las moléculas de solvente, disminuyendo la evaporación de la solución y, consecuentemente, disminuyendo la presión máxima de vapor de la solución ( A = Solvente) A 20 C Presión de vapor/ mmhg Agua 17,54 Agua más azúcar ( X 2 = 0,10) 15,79 2

3 DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN o DESCENSO CRIOSCÓPICO El punto de congelación de una solución (Tc) es menor, en relación al punto de congelación del solvente puro (T c). El agregado de sal de cocina al agua permite que ésta se congele por debajo de 0 C; las mezclas frigoríficas se basan en este hecho. Para lograr la congelación es necesario disminuir de manera gradual la temperatura de la sustancia. Mientras esto ocurre, la energía cinética de las partículas disminuye. Cuando se inicia la congelación, las moléculas se ordenan en una estructura definida y compacta, así comienza a conformarse la fase sólida. Cuando se establece el equilibrio entre la fase sólida y la líquida, la temperatura del sistema se denomina temperatura de congelación. Si existe algún soluto en el seno de un líquido, éste provoca una disminución de la rapidez con que las moléculas del líquido pasan a la fase sólida. Como respuesta al fenómeno y para restablecer nuevamente el equilibrio dinámico hay que enfriar aún más la solución. Como vemos se invierte el fenómeno del ascenso del punto de ebullición. La ecuación será: Tc = T c Tc = Disminución del punto de congelación Kc = Constante crioscópica, específica para el solvente m = Molalidad de la solución 3

4 PRESIÓN OSMÓTICA Existe un mecanismo que permite el paso selectivo de las moléculas de solvente a través de una membrana porosa (semipermeable), desde una solución diluida o de un solvente puro hacia otra más concentrada, de modo que después de un tiempo se llegue a igualar la concentración de ambas soluciones. Esto es lo que se llama osmosis. Si una solución y su solvente puro están separados por una membrana semipermeable que deja pasar solamente a las moléculas del solvente, el resultado neto es el paso de solvente a la solución. Este fenómeno se denomina osmosis Solución concentrada Solución diluida o solvente puro La presión que se debería aplicar sobre la solución para evitar el paso del solvente a través de la membrana corresponde a la presión osmótica (π) Presión Osmótica: Es la presión que se debe aplicar a la solución para que no ocurra la osmosis, es decir, el resultado neto que no indique paso del solvente a través de la membrana semipermeable. La presión osmótica sobre la solución depende de la concentración molar de la solución y de la temperatura. 4

5 El comportamiento de un soluto en una solución diluida es comparable al comportamiento de un gas, ya que sus moléculas están en continuo movimiento por entre las moléculas del solvente. La presión osmótica será entonces la ejercida por un gas. π = Presión osmótica R = Constante de los gases: 0,082 l atm / mol K T = Temperatura en Kelvin Van't Hoff determinó que para soluciones diluidas, la presión osmótica ( π ), satisface la siguiente relación: π V = n R T Donde: V es el volumen de la solución ( L) 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 [ K ] Si dos soluciones tienen igual concentración, por lo tanto igual presión osmótica se dice que son Isotónicas Cuando dos soluciones tienen diferente presión osmótica se llama: Hipertónica a la de mayor concentración Hipotónica a la de menor concentración 5

6 EN RESUMEN: Las propiedades coligativas corresponden al cambio de ciertas propiedades físicas del solvente al agregarle soluto. Es importante recalcar que las propiedades dependen de la cantidad de soluto (cantidad de partículas) y no de su naturaleza Presión de vapor: La presión de vapor es la presión que ejerce la capa superficial de todo fluido al pasar constantemente del estado líquido al gaseoso. Al aumentar la cantidad de partículas disueltas, la presión de vapor disminuye puesto que las moléculas del líquido están más ocupadas con el soluto Aumento ebulloscópico (Temperatura de ebullición). A medida que aumentamos la cantidad de partículas disueltas, la temperatura de ebullición irá en aumento. Descenso crioscópico (Temperatura de congelación): A medida que aumentamos la cantidad de partículas disueltas, la temperatura de fusión disminuye Tanto el aumento ebulloscópico como el descenso crioscópico responden a la siguiente fórmula T = K m T es el cambio de temperatura a partir de la temperatura de ebullición (aumento ebulloscópico) o bien para la temperatura de congelación (descenso crioscópico) K es una constante propia del solvente m es la molalidad del soluto Presión osmótica: Cuando dejamos dos soluciones (de distintas concentraciones) del mismo solvente separadas de una membrana semi-permeable, la cual sólo permite el paso al solvente, se ve que el solvente viaja de una zona de menor concentración a una de mayor. La presión osmótica corresponde a la presión hidrostática que alcanza la disolución más concentrada en el instante en el que el paso de moléculas es nulo 6