Disoluciones, electrolíticas, no electrolíticas y propiedades coligativas

DISOLUCIONES

Una solución es una mezcla homogénea de especies químicas dispersas a escala molecular. Según esta definición, una solución es una fase simple. Una solución puede ser gaseosa, sólida o líquida. El constituyente presente en mayor cantidad se conoce comúnmente como disolvente, mientras que aquellos constituyentes, uno o más, presentes en cantidades relativamente pequeñas se llaman solutos.

Una solución que contiene a una temperatura dada tanto soluto como puede disolverse, se dice que es saturada. Cualquier solución que tiene una cantidad menor que aquella se denomina no saturada y si contiene una cantidad mayor se llama sobresaturada.

Solubilidad

La cantidad de una sustancia que se disuelve en otra depende de la naturaleza del soluto y del solvente, de la temperatura y la presión. En general, el efecto de la temperatura es muy pronunciado y su dirección depende del calor de solución.  Si una sustancia se disuelve hasta la saturación, con desprendimiento de calor, la solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura. Por otra parte, si una sustancia se disuelve con absorción de calor, la solubilidad se incrementa cuando se eleva la temperatura.

Soluciones electrolíticas y no electrolíticas

Propiedades coligativas de las soluciones

Las propiedades de las soluciones que contienen solutos no volátiles son:

a) El descenso de la presión de vapor del solvente.

b) El descenso del punto de congelación.

c) El aumento del punto de ebullición.

d) La presión osmótica.

Estas propiedades se denominan coligativas. Dependen únicamente del número de partículas en solución y de ninguna manera de la naturaleza de las mismas; este es el atributo esencial de los cuatro fenómenos mencionados antes, al menos en soluciones diluidas.

Teóricamente, es conveniente subdividir las soluciones en: a) electrolíticas y b) no electrolíticas. En las no electrolíticas, el soluto disuelto permanece en forma molecular sin carga y no presenta tendencia a la disociación en iones con carga eléctrica. Por otra parte, en las electrolíticas, el soluto se disocia en mayor o menor proporción en iones, incrementando así el número de partículas en solución. El comportamiento de ésta respecto a ciertas propiedades, por ese motivo, cambia y exige la modificación de las leyes simples deducidas para las soluciones no electrolíticas.

-          Descenso de la presión de vapor del solvente: un soluto disuelto hace descender la presión de vapor del líquido solvente en que se encuentra. Este descenso se comprende fácilmente si tomamos en cuenta la Ley de Raoult, que establece que la presión de vapor parcial del constituyente volátil de una solución es igual a la presión del vapor del constituyente puro multiplicada por la fracción molar de tal constituyente en la solución.

-          Aumento del punto de ebullición de las soluciones: las soluciones que contienen solutos no volátiles hierven a temperaturas más elevadas que las del solvente puro. La diferencia entre los punto s de ebullición de la solución y del solvente para una presión constante establecida, se conoce como elevación del punto de ebullición, que depende de la naturaleza del solvente y la concentración del soluto, pero es independiente, por lo menos en soluciones diluidas, de la naturaleza del soluto en tanto éste no se ionice.

Este aumento es fácil de comprender en función de la disminución de la presión de vapor y es una consecuencia directa de ella.

-          Descenso del punto de congelación de las soluciones: al enfriar una solución diluida, se alcanza eventualmente una temperatura en la cual el solvente sólido comienza a separarse. La temperatura en que comienza tal separación se conoce como punto de congelación de la solución, que de una manera más general se define como aquella temperatura en la cual una solución particular se halla en equilibrio con el solvente sólido.

Las soluciones se congelan a temperaturas menores que el solvente puro. El descenso del punto de congelación de una solución es, otra vez, una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto.

-          Ósmosis y presión osmótica: cuando una solución de soluto se separa de un solvente puro mediante una membrana semipermeable; es decir, que permite el paso del solvente pero no del soluto, se observa que aquel tiende a pasar a través de la membrana a la solución, y de ahí a diluirlo. Se llama presión osmótica de la solución a la presión mecánica que debe aplicarse sobre la solución para impedir la ósmosis del solvente hacia la solución a través de una membrana semipermeable.

      Ejemplo.

Para una solución de 45.20g de sacarosa (C₁₂H₂₂O₁₁) en 316.0g de agua, calcule (a) El punto de ebullición , y (b) el punto de congelación

      Respuesta.

(a) Punto de ebullición: K_b = 0.51mol^-1 ; la molalidad de la solución esta dada por

 m₂ = 0.418 mol kg^-1

ΔT= (0.51 K mol^-1 Kg)(0.418 mol Kg^-1)

     = 0.21 K

Entonces, la solución hervirá a (373.15+0.21) K, o 373.36 K.

(b) Punto de congelación

ΔT= (1.86 K mol^-1 Kg) (0.418mol Kg^-1)

     = 0.78 K

Por lo tanto, la solución se congelará a (273.15-0.78) K, o 272.37 K.

      Ejemplo.

Consideremos una solución formada por 1 mol de Benceno y 2 moles de Tolueno. El Benceno presenta una presión de vapor (P°) de 75 mmHg y el Tolueno una de 22 mmHg a 20°C. Como se ve el benceno es el más volátil debido a que tiene una presión de vapor

puro (P°) mayor que la del tolueno.

1) Calculemos la fracción molar de Benceno y Tolueno:

Xbenceno = _1__  = 0,33

                    1+2

 XTolueno __2__ = 0,67

                1 + 2

2) Calculemos la presión de parcial de cada componente y la presión de vapor de la solución:

Pbenceno = Xbenceno Pºbenceno Ptolueno = Xtolueno Pºtolueno

Pbenceno = ( 0,33 ) ( 75 mmHg ) Ptolueno = ( 0,67 ) ( 22 mmHg )

Pbenceno = 25 mmHg Ptolueno = 15 mmHg

PTOTAL = Pbenceno + Ptolueno

PTOTAL = 25 mmHg + 15 mmHg

PTOTAL = 40 mmHg

Si calculamos el porcentaje que aporta, a la presión de vapor, cada componente tendremos

que:

Benceno: 40 mmHg ----- 100 %

15 mmHg ----- X

X = 63 %

Tolueno: 40 mmHg ----- 100 %

25 mmHg ----- X

X = 37 %

Estos resultados indican que el vapor es más rico en el componente más volátil, ya que el

benceno aporta el 63 % a la presión total (podríamos decir que el 63 % de las moléculas gaseosas son de benceno) a pesar de que la solución inicial el benceno era el componente minoritario.

Importancia de las propiedades coligativas de la materia

Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las

disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite:

A) Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación

fraccionada.

B) Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes.

C) Determinar masas molares de solutos desconocidos.

D) Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino

en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo.

E) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos.

F) Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general.

Bibliografía

- Maron S. H. y Prutton C. F. Fundamentos de fisicoquímica. 1982. Ed. Limusa México. p.p. 270-290; 319-334.

- Castellan G. W. Fisicoquímica. 1987. II ed. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana. p.p. 297-310.
- http://www.radiodent.cl/quimica/propiedades_coligativas_de_soluciones.pdf