Ley de Raoult. Propiedades coligativas
Se denomina así a las propiedades que dependen del número de moles disueltos en un determinado disolvente.
Las propiedades coligativas dependen del número de partículas en solución más que del tipo de partículas en solución.
Ley de Raoult
La ley de Raoult establece que la presión de vapor de una solución es proporcional a la fracción molar del disolvente presente.
Cuando un soluto se disuelve en un disolvente líquido, algunas de las partículas de soluto ocupan el espacio de la superficie del líquido normalmente ocupado por partículas de disolvente.
Estas partículas de soluto disminuyen la posibilidad de que las partículas de disolvente abandonen (se evaporen) la superficie del líquido. Por tanto, si el soluto es "no volátil", la presión de vapor de la solución siempre es menor que la del disolvente puro a la misma temperatura.
La disminución de la presión de vapor del disolvente es proporcional a la fracción molar del soluto disuelto.
Un mol de cualquier soluto "no volátil" abatirá la presión de vapor de una cierta cantidad de disolvente líquido en una cantidad característica para ese disolvente.
Las características del soluto no intervienen. Por tanto, para determinar la presión de vapor de una solución, debe hacerse una corrección de la presión de vapor del disolvente puro debido a la presencia del soluto. La ecuación para hacer la corrección de la presión de vapor es:
| Presión de vapor (solución) | = | Presión de vapor (disolvente) | × | fracción molar (disolvente) |
La presión del vapor saturado es propia de cada líquido dependiendo, también de la temperatura.
La presión del vapor saturado para el agua es:
0 °C: 4,5 mm Hg = 0,00605 atm = 613,2812 Pa
50 °C: 92 mm Hg = 0,12105 atm = 12.265,624 Pa
100 °C: 760 mm Hg = 1 atm = 101.325 Pa
A esta temperatura (100 °C) la presión de vapor del agua pura ha igualado a la presión exterior, en este caso la presión atmosférica, y se produce la evaporación.
Pero si el agua contiene un soluto, las moléculas del soluto se interponen entre las del líquido dificultando la evaporación.
Consecuencias:
Para que la presión de vapor de una solución alcance un valor igual a la presión atmosférica es necesario entregarle más calor.
Propiedades coligativas
Descenso crioscópico
El descenso crioscópico es la disminución del punto de solidificación de una solución con respecto al del solvente puro.
| d = | Kc·g·1.000 g |
| G·M |
d: descenso crioscópico (-°C).
Kc: constante del solvente (°C).
g: masa de soluto (g)
G: masa de solvente (g)
M: peso molecular del soluto (g)
El descenso crioscópico expresado en función de la molalidad:
d = Kc·m
m: molalidad (mol/kg)
Ejemplo:
Hallar el descenso crioscópico que producirán 50 g de ácido acético en 600 g de agua (Kc = -1,86 °C).
Desarrollo
Datos:
g = 50 g
G = 600 g
Kc = -1,86 °C
Solución
Calculamos el peso molecular (M) del ácido acético:
CH₃COOH: 2·12 g + 4·1 g + 2·16 g = 60 g
| d = | -1,86 °C·50 g·1.000 g |
| 600g·60 g |
d = -2,58 °C
Aumento ebulloscópico
El aumento ebulloscópico es el aumento del punto de ebullición de una solución con respecto al del solvente puro.
| e = | Kₑ·g·1.000 g |
| G·M |
e: ascenso ebulloscópico (+°C).
Kₑ: constante del solvente (°C).
g: masa de soluto (g)
G: masa de solvente (g)
M: peso molecular del soluto (g)
El ascenso ebulloscópico expresado en función de la molalidad:
e = Kₑ·m
m: molalidad (mol/kg)
Ejemplo:
Hallar el ascenso ebulloscópico que producirán 40 g de ácido fórmico en 700 g de agua (Kₑ = 0,52 °C).
Desarrollo
Datos:
g = 50 g
G = 700 g
Kₑ = 0,52 °C
Solución
Calculamos el peso molecular (M) del ácido fórmico:
HCOOH: 12 g + 2·1 g + 2·16 g = 46 g
| e = | 0,52 °C·40 g·1.000 g |
| 700 g·46 g |
e = 0,64 °C
Si el agua contiene un soluto como la sal (para el caso salmuera), las moléculas del mismo se interponen entre las del líquido, dificultando la ebullición y produciendo un aumento ebulloscópico. Si quisiéramos congelar la salmuera deberíamos bajar de 0 °C para lograrlo.
Entonces:
- La salmuera ebulle a más de 100 °C
- La salmuera se solidifica a menos de 0 °C
Otro ejemplo es el "líquido refrigerante" para los motores, el más común es una solución de glicerol y agua.
Mediante el aumento ebulloscópico y el descenso crioscópico se pueden calcular pesos moleculares.
| M = | Kc·g·1.000 g |
| G·d |
d: descenso crioscópico (-°C).
Kc: constante del solvente (°C).
g: masa de soluto (g)
G: masa de solvente (g)
M: peso molecular del soluto (g)
ó:
| M = | Kₑ·g·1.000 g |
| G·e |
e: ascenso ebulloscópico (+°C).
Kₑ: constante del solvente (°C).
g: masa de soluto (g)
G: masa de solvente (g)
M: peso molecular del soluto (g)
Bibliografía:
Héctor Fernández Serventi. "Química general e inorgánica". Losada S. A., Buenos Aires.
Robert C. Smoot y Jack Price. "Química, Un curso moderno". Compañía Editorial Continental S. A., México.
Apuntes de clase.
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina