Propiedades
Coligativas de las Soluciones.
Presión
Osmótica (π): la presión osmótica de una solución se debe a la presencia de las
partículas de soluto. Las mediciones cuantitativas de este fenómeno permitieron
establecer las siguientes leyes generales para las soluciones de los no
electrolitos.
1)
La presión osmótica no depende de la naturaleza química del soluto, sino que es
directamente proporcional a su concentración (a temperatura constante).
2)
La presión osmótica es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Usando la ecuación:
Usando la ecuación:
π
x V = n x R x T = (g / PM) x R x T
en
la cual en vez de la presión del gas se toma el valor de la presión osmótica de
la solución, π, se puede determinar π, el peso molecular y otros valores que
están en la ecuación.
Si
al utilizar esta formula, el volumen se expresa en litros y la presión en
atmosferas, la magnitud de R se toma igual a 0,0821 L.atm/K.mol.
Ley
de Raoult: al
investigar las propiedades físicas de las soluciones de los no electrolitos –
presión de vapor, temperatura de ebullición y de congelación – se estableció
que la disminución relativa de la presión de vapor de una solución no depende
de la naturaleza química del soluto y es igual a la fracción molar de este.Si
designamos con P0 la presión de vapor del solvente y con P la presión de vapor
de la solución (siendo P0 > P), a la misma temperatura, entonces la
disminución relativa de la presión de vapores igual a (P0 – P / P). Entonces la
Ley de Raoult puede expresarse matemáticamente en la forma siguiente:
(P0
– P / P0 ) = (n / n + N)
(I)
Donde
n es el numero de moles de soluto, N es el numero de moles del solvente, (n / n
+ N) es la relación del numero de moles de soluto a la suma del numero total de
moles o fracción molar del soluto.
El
numero de moles se puede expresar como n = g1/PM1 y N = g2/PM2,
donde m1 y m2 son las masas del soluto y del solvente y
PM1 y PM2 sus pesos moleculares expresados en g/mol.
Sustituyendo
n y N por sus valores en la formula (I), obtendremos:
(P0 – P / P0) = [g1/PM1
/ (g1/PM1) +( g2/PM2)]
(II)
Según
la fórmula (II) se puede determinar: la presión de vapor del solvente y de la
solución, la cantidad de solvente (g2) y del soluto (g1),
los pesos moleculares de la sustancia disuelta (PM1) y del solvente
(PM2)
Corolario
de la Ley de Raoult: la disminución de la temperatura de congelación o el
aumento de la temperatura de ebullición de una solución no dependen de la
naturaleza química del soluto y son directamente proporcionales a su
concentración molal.
Esta
dependencia se expresa con las formulas:
Δtcong
= Kc x m y Δteb =
Ke x m
Donde
m es la concentración molal, Kc y Ke, coeficientes de proporcionalidad.
De
las formulas anteriores se desprende que si m = 1 los valores Δtcong y Δteb son
numéricamente iguales a los valores de las correspondientes Kc y Ke.
Si
en 1000 g de un mismo solvente se disuelve un peso molecular de cualquier no
electrolito, entonces en esas soluciones molales se observa igual disminución
de la temperatura de congelación o igual incremento de la temperatura de
ebullición. Para cada solvente la disminución molal de la temperatura de
congelación Kc y el incremento molal de la temperatura de ebullición Ke son
valores constantes que se denominan, respectivamente, constante crioscópica y
constante ebulloscópica. Las magnitudes de estas constantes para diferentes
solventes están listadas al final del objetivo.
Utilizando
estas constantes se puede determinar los pesos moleculares de los solutos. En
efecto, sean a gramos de una sustancia de peso molecular desconocido PM,
disueltos en b gramos de solvente. Por vía experimental se ha establecido que
la solución en cuestión hierve (o se congela) a Δt grados mas (o menos) que el
solvente puro. Por los datos anteriores es fácil determinar la concentración
molal m de la solución teniendo en cuenta que a/PM designa el número de moles
de la sustancia en b gramos del solvente;
a/PM
b
m
1000
m
= (a x 1000) / (PM x b)
Sustituyendo
el valor hallado de m en una de las formulas anteriores obtenemos:
Δt
= (K x a x 1000) / (PM x b) o
PM = (K x a x 1000) / (b x Δt)
La
crioscopía y ebulloscopia son métodos importantes para determinar los pesos
moleculares de las sustancias que se descomponen al pasar al estado de vapor
(al calentarlas). Conviene señalar que la Ley Raoult es justa tan solo para las
soluciones diluidas de las no electrolitos.
PREGUNTAS
DE CONTROL.
01.-
¿Se operan cambios en las concentraciones de las soluciones al variar la temperatura?
Si los hay, ¿Cuáles son y por que?
02.-
¿Cómo se denominan las soluciones que presentan igual presión osmótica?
03.-
¿De que ley se desprende que la temperatura de fundición o cristalización de
una sustancia disminuye al añadir otra sustancia?
04.-¿A
que concentración la solución de un no electrolito a 0 ºC tiene una presión
osmótica igual a 1 atm?
05.-
Las constantes crioscópica y ebulloscópica del agua son de 1,86 y 0,52;
respectivamente, ¿Qué expresan esas cifras?
PROBLEMAS
01.-
La presión de vapor de una solución de 1,8 g de glucosa en 179,8 g agua es de
29,97 mm Hg a 29 ºC, es decir, 0,03 mm Hg menos que la presión de vapor del
agua pura. Determinar el peso molecular de la glucosa.
02.-
¿A que temperatura se congela una solución que contiene 18 g de azúcar de caña
C12H22O11 en 200 g de agua?
03.-
Calcular el peso molecular del naftaleno, si una solución que contiene 1,6 g de
este en 40 g de benceno presenta un incremento del punto de ebullición de 0,8
ºC.
04.-
¿Qué presión osmótica tiene a 17 ºC una solución, si tres litros de ella contienen
68,4 g de azúcar de caña?
05.-
Determinar el peso molecular de la glucosa si 16,2 g de la misma contenidos en
671 mL de solución tienen una presión osmótica igual a 3 atm a 0 ºC.
06.-
La presión de vapor del agua es de17,5 mm Hg a 20 ºC. Determinar la presión de
vapor de una solución de 18,4 g de glicerina, C3H5(OH)3
en 176,4 g de agua a la misma temperatura.
07.-
Determinar la formula de la sustancia conteniendo 94,38 % de C y 5,62 % de H,
si una solución de 4,34 de la misma en 10 g de alcohol etílico hierve a una
temperatura 0,29 ºC mayor que el alcohol puro.
08.-
¿Cuántos grados disminuirá la temperatura de congelación del benceno, si en 225
g de este compuesto están disueltos 9,27 g de naftaleno cuya fórmula es C10H8?
09.-
Unas soluciones de glucosa, C6H12O6, y de
azúcar de caña, C12H22O11, tienen igual
presión osmótica. ¿Cuántos gramos de azúcar contiene 1 litro de la segunda
solución si 1 litro de la primera tiene 9 g de glucosa?
10.-
Una solución de 1,28 g de azufre en 50 g de sulfuro de carbono hierve a una
temperatura 0,23 ºC mayor que el sulfuro de carbono puro. Determinar el número
de átomos en la molécula de azufre.
Constantes
Crioscópicas
Solvente
Temp cong, ºC Kc
Benceno
5,5 5,12
Agua
0 1,86
Acido
fórmico 8,4 2,77
Naftaleno
80,1 6,90
Nitrobenceno
5,7 7,50
Acido
acético 16,69 3,90
Fenol 40,7 7,27
Constantes
Ebulloscópicas
Solvente
Temp eb, ºC Ke
Acetona
56,3 1,50
Benceno
80,2 2,57
Agua 100 0,52
Sulfuro
de car 46,2 2,30
Alcohol
etílico 78,3 1,19
Tetracl
de car 76,7 5,30
Acido
acético 118,5 3,07
Cloroformo
61,2 3,88
Éter
34,5 2,16
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