El anticongelante para automóviles, la diálisis renal y el uso de sal de roca para hacer helados no parecen tener nada en común. Pero todos dependen de la propiedades coligativas de las soluciones. Estas propiedades son las propiedades físicas de las soluciones que dependen solo de la proporción del número de partículas de soluto y solvente (por ejemplo, sal en agua) en solución y no en la identidad del sustancia disoluta.
Las células del cuerpo humano, las células vegetales y las soluciones como el anticongelante y el helado dependen de las propiedades coligativas.
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Hay cuatro propiedades coligativas: presión de vapor, punto de ebullición, punto de congelación y presión osmótica. Estas propiedades físicas de las soluciones dependen solo de la relación entre el número de partículas de soluto y solvente en solución y no de cuál es el soluto.
Disminución de la presión de vapor agregando un soluto
Un solvente (como el agua) tiene una presión de vapor denotada por p1. Esto es igual a una atmósfera de presión.
A equilibrio, la fase gaseosa (como el vapor de agua) por encima del disolvente tiene una presión parcial igual ap1. Agregar un soluto (como la sal de mesa, NaCl) disminuye la presión parcial del solvente en la fase gaseosa. La disminución de la presión de vapor se debe a que las moléculas de disolvente en la superficie de la solución son reemplazadas por moléculas de soluto. Las moléculas de disolvente “desplazan” la vaporización. Debido a que hay menos moléculas de solvente en la superficie, la presión de vapor disminuye.
Elevación del punto de ebullición en una mezcla
Llevar un disolvente a ebullición esencialmente vaporiza el disolvente. Elevación del punto de ebullición, o aumentar la temperatura a la que hierve el solvente, ocurre por una razón similar a la depresión de la presión de vapor. La mayor cantidad de soluto en la superficie inhibe la vaporización del solvente, por lo que requiere más entrada de energía para alcanzar el punto de ebullición.
Esto supone que el soluto no es volátil, es decir, tiene una presión de vapor baja a temperatura ambiente. Un soluto volátil con un punto de ebullición más bajo que el solvente puede en realidad deprimir el punto de ebullición. El benceno es un ejemplo de compuesto orgánico volátil (COV).
Depresión del punto de congelación en una mezcla
El punto de congelación de una solución será más bajo que el del solvente puro. Punto de congelación es la temperatura a la que un líquido se vuelve sólido a 1 atmósfera. Depresión del punto de congelación significa que la temperatura de congelación baja. Esto significa que el líquido debe estar más frío para lograr la congelación. La razón por la que esto ocurre es porque la presencia de un soluto introduce más desorden en el sistema del que estaba presente solo con las moléculas de solvente. Por tanto, la mezcla debe estar más fría para superar los efectos del sistema más desordenado.
Una aplicación práctica de esta propiedad coligativa es anticongelante automotriz. El punto de congelación de una solución 50/50 de etilenglicol (CH2(OH) CH2(OH)) es de -33 grados Celsius (-27,4 grados Fahrenheit), en comparación con 0 grados Celsius (32 grados Fahrenheit). Se agrega anticongelante al radiador de un automóvil para que el automóvil deba exponerse a temperaturas mucho más bajas antes de que el agua en el sistema del automóvil se congele.
Aumentos de presión osmótica para soluciones
Ósmosis ocurre cuando las moléculas de disolvente se mueven a través de una membrana semipermeable. Un lado de la membrana podría contener disolvente y el otro lado de la membrana podría contener soluto. El movimiento del solvente ocurre de un área de mayor concentración a un área de menor concentración, o de un potencial químico más alto a un potencial químico más bajo hasta que se alcanza un equilibrio. Este flujo ocurre naturalmente, por lo que se debe aplicar cierta presión en el lado del soluto para detener el flujo.
La presión osmótica es la presión que detendría ese flujo. La presión osmótica generalmente aumenta para las soluciones. Cuantas más moléculas de soluto haya, más se presionan juntas las moléculas de disolvente. La presencia de moléculas de soluto en un lado de la membrana significa que menos moléculas de solvente pueden cruzar al lado de la solución. La presión osmótica está directamente relacionada con la concentración de soluto: más soluto se traduce en una presión osmótica más alta.
Propiedades coligativas y molalidad
Todas las propiedades coligativas dependen de la molalidad (m) de una solución. La molalidad se define como moles de soluto / kg de disolvente. Cuanto más, o menos, de un soluto que esté presente en relación con el solvente afectará los cálculos de las cuatro propiedades coligativas descritas anteriormente.
