Propiedades coligativas de las soluciones

Entre los conceptos más interesantes que podemos encontrar en físico-química, tenemos a las propiedades coligativas de las soluciones, las cuales, son todas aquellas propiedades que tienen las soluciones y que son independientes del soluto o solutos que se encuentran presentes en la solución.

Las propiedades coligativas dependen de la cantidad de moléculas del soluto. Imagen de maricuriesnews

Las propiedades coligativas dependen directamente de la cantidad de moléculas del soluto que reaccionan con el número total de moléculas de la solución (debido a la adición de un soluto no volátil), y por lo general, se cumplen en soluciones diluidas.

En este artículo definiremos a las propiedades coligativas de las soluciones, su importancia y aplicaciones.

Tabla de contenidos

1. ✔Conceptos básicos relacionados a las propiedades coligativas de las soluciones
1. ✔Solvente
2. ✔Soluto
3. ✔Solución
4. ✔Propiedades de las soluciones
2. ✔Definición de las propiedades coligativas de las soluciones
3. ✔Las propiedades coligativas de las soluciones
1. ✔Descenso de la presión de vapor
2. ✔Descenso del punto de congelación
3. ✔Aumento del punto de ebullición
4. ✔Presión osmótica
5. ✔Aumento ebulloscópico
6. ✔Descenso crioscópico
4. ✔Importancia y aplicaciones de las propiedades coligativas de las soluciones

Conceptos básicos relacionados a las propiedades coligativas de las soluciones

Empezaremos describiendo algunos de los conceptos relacionados con las propiedades coligativas de las soluciones:

Solvente

Es una sustancia química en la cual se disuelve el soluto (puede ser sólido, líquido o gas), siendo esta la sustancia que disuelve.

Soluto

Es la sustancia que es disuelta en un solvente para crear una solución. Por lo general, es un sólido que se disuelve en líquido, pero también puede ser otro líquido o un gas.

Solución

También conocida como disolución, se trata de una mezcla homogénea de dos o más sustancias. Dicha mezcla puede ser molecular o iónica, y las sustancias involucradas no reaccionan entre sí.

Propiedades de las soluciones

Las soluciones al ser mezclas de sustancias tienen propiedades asociadas que las hacen únicas, y permiten su aprovechamiento. Estas propiedades pueden clasificarse de la siguiente manera:

• Propiedades que dependen de la naturaleza del soluto: Estas, como su nombre lo indica, dependen de la naturaleza del soluto, como por ejemplo, el color, el sabor, la conductividad térmica, la viscosidad, etc.
• Propiedades que dependen de la naturaleza del solvente: Al contrario que las anteriores, estas propiedades dependen directamente del solvente, sin embargo, pueden llegar a ser modificadas por el soluto. Entre este tipo de propiedades tenemos a la tensión superficial, el índice de refracción, entre otras.

Definición de las propiedades coligativas de las soluciones

Los solutos disueltos en solución son responsables de las propiedades coligativas. Imagen de healthsunnybook

La definición más sencilla que podemos dar sobre las propiedades coligativas de las soluciones es la siguiente:

Son todas aquellas propiedades de las soluciones que dependen directamente de la concentración de las partículas disueltas y no de la naturaleza de la solución.

Esta definición usualmente se cumple en soluciones diluidas que tienen una concentración molar inferior a 0,02 M y para solutos no volátiles. Asimismo, estas propiedades coligativas no guardan relación con otras propiedades del soluto o solutos que se encuentran en la solución (ni con el tamaño de las partículas involucradas en la disolución), ya que sólo dependen de la cantidad de partículas disueltas en el solvente.

Podemos decir entonces que las propiedades coligativas de la solución, son propiedades universales que dependen únicamente de la cantidad de moléculas disueltas de un soluto, en relación al número de moléculas del solvente que lo disuelve y no de la naturaleza del soluto.

Las propiedades coligativas de las soluciones

Las propiedades coligativas son las siguientes:

• Descenso de la presión de vapor.
• Descenso del punto de congelación.
• Aumento del punto de ebullición.
• Presión osmótica.
• Aumento ebulloscópico.
• Descenso crioscópico.

A continuación vamos a describir cada una de estas propiedades:

Descenso de la presión de vapor

Descenso de la presión de vapor dada por la adición de un soluto a un solvente. Imagen de slideplayer

Cuando a un solvente se le añade un soluto no volátil, la presión de vapor del solvente tiende a descender. Este fenómeno se debe, principalmente, a que el número de moléculas del solvente en la superficie libre de la solución disminuyen por la presencia del soluto no volátil. Además, aparecen fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y el solvente, haciendo más difícil el paso de las moléculas a la fase gaseosa (vapor). Es por esta razón, que la presión de vapor del disolvente puro será siempre mayor a la de la solución con el soluto no volátil.

La forma analítica de demostrar esta propiedad es utilizando la ley de Raoult para expresar la presión de vapor del solvente en función de la presión de vapor del solvente puro y de la fracción molar del solvente, como podemos ver en la siguiente ecuación:

Donde:

• P₁: Presión de vapor de la solución.
• x₁: Fracción molar del solvente.
• P₀: Presión de vapor del solvente puro.

Cabe destacar, que a medida que la fracción molar del solvente se hace más pequeña, la presión de vapor de la solución va disminuyendo.

Descenso del punto de congelación

El descenso del punto de congelación es otra de las propiedades coligativas. Imagen de thoughtco

Esta es una propiedad muy importante, ya que permite descender el punto de congelación de una solución, lo que evita que aparezca el estado sólido y se produzcan daños u obstrucción en equipos debido al congelamiento de una solución.

Este fenómeno se debe a la adición de un soluto no volátil que inhibe la formación de cristales sólidos a una temperatura determinada (temperatura de congelamiento del solvente). Un ejemplo clásico de esta propiedad coligativa, es adicionar sal a una cantidad de cubos de hielo. Se puede notar que estos se disuelven, dando la falsa impresión de que el hielo se derrite por efecto de la temperatura, sin embargo, lo que realmente sucede es que al adicionar el soluto no volátil (NaCl) baja el punto de congelamiento del agua, lo que permite al agua estar en estado líquido a temperaturas inferiores a los cero grados Celsius.




Esta propiedad, podemos expresarla matemáticamente de la siguiente manera:

Donde:

• ΔT_f: Disminución del punto de congelamiento.
• k_f: Constante de congelamiento del solvente.
• m: mol/Kg solvente.

Aumento del punto de ebullición

El aumento del punto de ebullición se logra al adicionar un soluto a un solvente. Imagen de wired

Esta propiedad es inversa a la anterior, ya que el punto de ebullición es aquel en el cual la presión de vapor se iguala a la presión atmosférica. Si al solvente se le adiciona un soluto no volátil, el punto de ebullición aumentará ya que es directamente proporcional a la fracción molar del soluto, la cual se incrementa dentro de la solución.

Un ejemplo de esta propiedad, es adicionar un soluto al agua, de esta manera, su punto de ebullición será mayor a los 100 grados Celsius a presión atmosférica.

Esta propiedad podemos expresarla con la siguiente ecuación:

Donde:

• ΔT_b: Aumento del punto de ebullición.
• k_b: Constante de ebullición del solvente.
• m: mol/Kg solvente.

Presión osmótica

Presión osmótica, otra propiedad coligativa. Imagen de esgazwiki

La ósmosis es un proceso espontáneo en donde el solvente atraviesa una membrana semipermeable, desde una solución de presión de vapor mayor hacia una presión de vapor menor. Esto se logra gracias a la diferencia de presión de vapor a ambos lados de la membrana semipermeable, siendo la presión osmótica la fuerza por unidad de área aplicada a la solución, para evitar la transferencia de solvente puro a través de la membrana hacia dicha solución.

La presión osmótica tiene grandes aplicaciones en la industria, como la purificación de agua y la desalinización del agua de mar. La presión osmótica puede calcularse utilizando la ley de Van Hoff de la siguiente manera:

Donde:

• π: Presión osmótica en atmósferas.
• i: Factor de Van Hoff.
• n: Número de moles.
• R: Constante de los gases.

Aumento ebulloscópico

Se trata de la diferencia entre el punto de ebullición del solvente puro y la solución en donde se encuentra presente el soluto no volátil a una concentración dada. Es una función directa de la actividad del soluto (molalidad del soluto) y puede expresarse de la siguiente manera:

Donde:

• i: Factor de Van Hoff.
• k_b: Constante de aumento ebulloscópico.
• actividad: se expresa en mol/Kg.

Descenso crioscópico

Es la disminución del punto de fusión, siendo la diferencia entre el punto de fusión de un solvente puro y el punto de fusión de la solución con el soluto no volátil. Al contrario que la propiedad anterior, esta se expresa en función de la actividad del soluto, expresándose de la siguiente manera:

Donde:

• i: Factor de Van Hoff.
• k_f: Constante de descenso crioscópico.
• actividad: se expresa en mol/Kg.

Importancia y aplicaciones de las propiedades coligativas de las soluciones

Las propiedades coligativas tienen una gran importancia tanto en nuestra vida cotidiana, como en procesos industriales, ya que su conocimiento y aplicación correcta nos permite:

• Separar componentes de una solución mediante destilación fraccionada.
• Calcular masas molares de solutos desconocidos.
• Formular soluciones fisiológicas o sueros que no fomenten desequilibrios hidrosalinos en los organismos animales.
• Crear soluciones nutrientes para regadíos de vegetales.
• Evitar el congelamiento de líquidos dentro de tuberías.
• Evitar deterioro de organismos.
• Purificar líquidos.
• Desalinizar el agua de mar.

Estos son algunos de los usos de las propiedades coligativas, los cuales, les otorgan una importancia relevante en varios procesos industriales que requieren de la participación de la ingeniería química y otras áreas de las ciencias.

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