Propiedades Coligativas

Propiedades coligativas: Definición

Para empezar, veamos la definición de propiedades coligativas.

Por ejemplo, si añadiéramos anticongelante de radiador (soluto) al agua (disolvente) de un coche, el punto de congelación del sistema de refrigeración del coche sería más bajo, evitando que el sistema del coche se congele y se estropee cuando baje la temperatura.

Las propiedades coligativas se consideran Propiedades Físicas, ya que dependen de la cantidad , pero no de laidentidad química del soluto. Por tanto, no importa el tipo de soluto que añadas a un disolvente, ¡sólo la cantidad que añadas!

Cuando se añaden más partículas de soluto al disolvente, las Fuerzas Intermoleculares presentes en el disolvente se alteran, cambiando las propiedades coligativas de la solución.

Tipos de coligativas: Propiedades

Hay distintos tipos de propiedades coligativas que debes conocer. Son la elevación del punto de ebullición, la depresión del punto de congelación, ladepresión de la presión de vapor y la presión osmótica. La magnitud de los cambios en la mayoría de estas propiedades depende de la molalidad de las partículas de soluto.

La fórmula para determinar la molalidad es la siguiente

$$ \text{m = }\frac{text{mol de soluto}}{\text{kg de disolvente}} $$

Veamos ahora los efectos de un soluto en cada una de estas propiedades coligativas. El efecto que tiene la adición de solutos a una solución concreta sobre el punto de ebullición (_Tb ) es que, cuanto más soluto se añade, más alto es el punto de ebullición de una solución. En otras palabras, la adición de un soluto no volátil dará lugar a una solución con un punto de ebullición más alto que el disolvente puro.

El punto de congelación (_Tf ) de una solución disminuye al añadir cada vez más soluto a una solución. Piénsalo así: cuando se añade más soluto a una solución, el punto de ebullición aumenta y el punto de congelación disminuye, ¡básicamente ampliando los límites en los que esa solución está en estado líquido!

La tercera propiedad coligativa es la Presión de Vapor (_VA). Cuando se añade soluto, la Presión de Vapor del disolvente disminuye porque las moléculas de soluto se adhieren a las moléculas de disolvente e impiden que escapen a la fase gaseosa.

Por último, tenemos la presión osmótica (π), y sí, tiene algo que ver con la ósmosis.

Ahora bien, en términos de concentración de soluto, decimos que habrá una concentración elevada de agua donde la concentración de soluto sea menor. Básicamente, el agua se desplazará desde donde haya menor concentración de soluto hacia donde haya mayor concentración de soluto.

Por ejemplo, supongamos que tienes un recipiente separado en el centro por una membrana semipermeable. En un lado del recipiente tienes una solución y en el otro un disolvente puro. Como esta membrana semipermeable permite el paso de algunas partículas, empezarás a ver que el nivel del lado del disolvente puro empezará a disminuir, mientras que el nivel del lado de la solución aumentaría. Esta diferencia de niveles que se observa cuando el sistema alcanza el equilibrio es la presión osmótica.

Propiedades Coligativas: Fórmula

Cuando se trata de soluciones y propiedades coligativas, el factor van't Hoff adquiere importancia. Este factor tiene en cuenta que los electrolitos tienden a disociarse en iones cuando se disuelven en agua.

Veamos algunos ejemplos. El cloruro sódico (NaCl) es un electrolito fuerte que se disocia completamente en un ion sodio (^Na+) y un ion cloro (^Cl-). Por tanto, el factor de van't Hoff en este caso sería igual a 2. El metanol, _CH3OH, en cambio, es un no electrolito. Para los no electrolitos, el factor de van hoff es siempre igual a 1.

¡Saber cómo calcular el factor de van't Hoff de los electrolitos y no electrolitos será muy importante cuando hablemos de las distintas fórmulas que intervienen en el cálculo de las diferentes propiedades coligativas!

Depresión del punto de congelación

Empecemos por la depresión del punto de congelación. Puesto que la disminución del punto de congelación es proporcional a la molalidad del soluto, podemos determinar el cambio en el punto de congelación utilizando la fórmula siguiente:

$$ \Delta \text{T}_{f} = i veces \text{K}_{f} veces \text{m} $$

Donde

• \( \Delta \text{T}_{f}) es el número de grados a los que ha descendido el punto de congelación (es decir, la diferencia entre el punto de congelación del solveno puro y el punto de congelación de la disolución).
• \( i \) es el factor de van't Hoff
• \( \text{K}_{f} \) es la constante de depresión del punto de congelación relacionada con el disolvente.
• m es la molalidad del soluto

Pongamos en práctica esta fórmula y resolvamos un problema.

Elevación del punto de ebullición

La fórmula para la elevación del punto de ebullición es similar a la utilizada para calcular la depresión del punto de congelación.

• Ten en cuenta que, al añadir soluto a una disolución, el punto de ebullición de la disolución aumenta y pasa a ser superior al del disolvente puro.

$$ \Delta \text{T}_{b} = i veces \text{K}_{b} veces \text{m} $$

Donde

• \( \Delta \text{T}_{b}) es el número de grados al que ha aumentado el punto de ebullición (es decir, la diferencia entre el pto. de ebullición del disolvente puro y el punto de ebullición de la disolución).
• \( i \) es el factor de van't Hoff
• \( \text{K}_{b} \) es la constante de elevación del punto de ebullición relacionada con el disolvente.
• m es la molalidad del soluto

Veamos un ejemplo.

Depresión de la presión de vapor

La presión de vapor está relacionada con la Ley de Raoult, que establece que cuanto mayor sea la concentración de soluto, menor será la presión de vapor.

La fórmula de la presión de vapor es la siguiente

$$ P_{A} = \chi_{A}{text}{ }veces \text{ }P_{A}^{*} $$

Donde

• \( P_{A} \) es la presión de vapor aportada por el líquido, A, en la solución.
• \( \chi_{A} \), es la fracción molar de ese líquido concreto. La fracción molar se calcula mediante la siguiente ecuación: \( \chi_{A}= \frac{\text{ moles de A}}{\text{ moles de A + moles de B + ....}} \)
• \(P_{A}^{*}), es la presión de vapor del líquido A en estado puro.

Presión osmótica

La última fórmula que veremos es la de la presión osmótica, que es la siguiente

$$ \Pi = i veces \text{M} veces \text{R} veces \text{T} $$

Donde

• \( \Pi \) es la presión osmótica.
• \( i \) es el factor de van't Hoff
• M es la molaridad
• R es la Constante de Gas (0,08206 L-atm/mol-K)
• T es la temperatura en K

Ejemplos de propiedades coligativas

Hablemos ahora de ejemplos de propiedades coligativas en un laboratorio de química. Probablemente, el experimento más habitual que encontrarás en un laboratorio para aprender las propiedades coligativas consiste en determinar la masa molar de un compuesto mediante la depresión del punto de congelación.

Por ejemplo, si conocemos la masa del compuesto desconocido que se ha añadido a una masa conocida de disolvente, y si somos capaces de hallar el cambio del punto de congelación de la solución con respecto al disolvente puro, ¡podemos calcular la masa molar del compuesto desconocido utilizando la ecuación siguiente!

$$ \text{Masa molar del compuesto desconocido} = \frac{{text{(K}_{f} \times \text{ g})}{ \text {(ΔT}_{f} \times \text{kg de disolvente}}) $$

Aplicación de las propiedades coligativas

Para terminar, hablemos de otra aplicación cotidiana de las propiedades coligativas. En las zonas donde la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, se añade sal a las carreteras y aceras heladas para bajar el punto de congelación y hacer que el hielo se derrita.

Ahora espero que te sientas más seguro de tus conocimientos sobre las propiedades coligativas.