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Propiedades Coligativas de las Soluciones Prof. Claudia Berzoy Llerena

Propiedades coligativas Dependen del número de partículas y no de la naturaleza de las mismas.

Importancia de las propiedades coligativas • • • •

Permiten: Separar los componentes de una solución por medio de la destilación fraccionada Formular y crear mezclas anticongelantes Determinar masas molares de solutos desconocidos Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo.

En el estudio de las propiedades coligativas se debe tener en cuenta una característica importante de las soluciones:

Soluciones de solutos

• no electrolitos (no se disocia en iones con carga) • electrolitos (se disocia en iones)

Soluciones no electrolíticas

Propiedades coligativas Son: 1) Descenso de la presión de vapor del solvente 2) Aumento del punto de ebullición de la solución 3) Descenso del punto de congelación de la solución • 4) Presión osmótica • • • •

Propiedades coligativas Para el análisis termodinámico suponemos que: 1) La disolución es ideal 2) El soluto es no volátil 3) El soluto no se disuelve en el disolvente sólido puro 4) Soluciones diluídas ≤ 0,2 M

Descenso de la presión de vapor del solvente Recordemos que: • La presión de vapor sobre un líquido es el resultado de un equilibrio dinámico entre la fase de vapor y la fase líquida del compuesto • La velocidad a la que las moléculas dejan la superficie líquida para pasar a la fase gaseosa es igual a la velocidad con que las moléculas de la fase gaseosa regresan a la superficie del líquido

Descenso de la presión de vapor del solvente Por tanto: • Un soluto no volátil que se añade al líquido reduce la capacidad de las moléculas del solvente de pasar a la fase vapor debido a que se generan nuevas fuerzas de interacción • Por ello se produce un desplazamiento del equilibrio que conduce a un descenso de la presión de vapor

Descenso de la presión de vapor del solvente • Solvente A, soluto B • Como el soluto no volátil no contribuye a la presión total, la presión total será la presión de A puro.

PA  x P

* A A

PA  PA* P  P  PA  P  P x  P (1  xA ) * A

P  PA* xB

* A

* A A

* A

Aumento del Punto de ebullición de las soluciones Debido a que los solutos no volátiles disminuyen la presión de vapor de la solución, se requiere una temperatura más elevada para que la solución hierva

Aumento del Punto de ebullición de las soluciones Clausius-Clapeyron

P H v T  To ln  ( ) P R T .To *

Solución es diluída

T  To  T .To  To

P* P

2

P H v T ln  ( 2) P R To *

Como la solución es diluída el ΔHvap se toma del solvente puro

To

T

• Cuando la ley de Raoult es aplicable a la solución

P  x A  1  xB * P H v T ln(1  xB )   R To 2

• Si xB es pequeño

H v T  xB   2 R To RTo2 T  xB H v

No depende de la naturaleza del soluto

m m xB   n1  m n1 1000 n1  M1  RTo2  T   m   H v n1  2 RTo Kb  H v n1 T  Kb m

m: moles de soluto por 1000g de solvente n1…moles en solvente en 1000 g Para soluciones diluídas m se desprecia frente a n1 Kb…constante ebulloscópica

Aumento del punto de ebullición • El ascenso del punto de ebullición se aplica en la formulación de refrigerantes para motores de automóviles

Descenso del punto de congelación • El punto de congelación de un líquido corresponde a la temperatura a la cual las moléculas de un compuesto pasan del estado líquido al estado sólido.

• El descenso en el punto de congelación de la solución es una consecuencia de la disminución de la presión de vapor ocasionada por el soluto. • Esto es debido a que en el punto de congelación de la solución, la presión de vapor del sólido debe ser igual a la presión de vapor del líquido con el que está en equilibrio pero como la solución ha bajado su Pv, el sólido deberá formarse a una temperatura menor

Descenso del punto de congelación

Descenso del punto de congelación 2 o

RT T f  xB H f 2 o

RT T f  m H f n1 T f  K f m

Kf constante crioscópica

Determinación de pesos moleculares a partir del descenso en el punto de congelación Sea W2 g soluto, W1 g solvente, M2 peso molecular W2x1000/W1 peso de soluto en 1000 g ste

W21000 m W1M 2  W21000   T f  K f   W1M 2 

Descenso del punto de congelación • Un soluto como el cloruro de sodio disminuye el punto de congelación del agua. Por eso se echa sal a la nieve en las calles: esto hace que el hielo se derrita.

Separación de soluciones sólidas por congelación Las ecuaciones anteriores son válidas cuando el sólido que se separa es el solvente puro. En el caso que se forme una solución sólida, ΔTf=Kf(1-k)m k…relación de la xB en el sólido y la xB en la solución Si el soluto es más soluble en el solvente líquido, 1-k (+) k1, 1-k es (-) y también ΔTf (se observa un ascenso)

Presión Osmótica • Ósmosis: proceso espontáneo en el que hay un flujo de disolvente a través de una membrana semipermeable hacia el seno de una solución más concentrada

• Presión osmótica: presión que debe aplicarse sobre la solución para impedir la ósmosis del solvente.

Ecuación de Van´t Hoff La condición de equilibrio es que el potencial químico debe ser el mismo a cada lado de la membrana. μA°> μA(solución) En el lado de la solución el μ disminuye debido a que la fracción molar del solvente disminuye de 1 a xA Para alcanzar el equilibrio μA(solución) tiene que aumentar elevando la presión externa de la solución. La condición de equilibrio es μA°(T,P) = μA (T,P+π,xA)

 (T , P)   (T , P   )  RT ln xA  A

 A

P 

 A (T , P   )   A (T , P)   V dP

P • Al combinar estas tres ecuaciones obtenemos,

 RT ln xA 

P 

V dP P

ln x A  ln(1  xB )   xB

El volumen del solvente es constante y sale de la integral

RTxB  V  RTnB  V

Presión osmótica • Van’t Hoff propuso la ecuación de la presión osmótica

V  nRT

• • • •

π … la presión osmótica V…volumen de la solución n…número de moles de soluto R… constante universal de los gases

Presión osmótica • En soluciones se concentración, C=n/V

  CRT

prefiere

usar

• La ecuación de Van’t Hoff solo se puede aplicar a soluciones muy diluídas. • Morse propuso cambiar el volumen de la solución por V’, que es el volumen del solvente y así se mejoró la ecuación de Van’t Hoff.

V '  nRT

Presión osmótica • Mediante la termodináimca se ha conseguido una ecuación muy exacta de la presión osmótica,

P V1  RT ln P • Donde P° es la presión de vapor del solvente puro y P la presión de vapor del solvente en la solución. • V1 es el volumen de un mol de solvente.

Propiedades coligativas de electrolitos