Propiedades Coligativas Algunas propiedades físicas de las soluciones dependen de la cantidad de soluto no volátil disuelto, aunque no de su naturaleza

Propiedades Coligativas Disminució Disminución de la presió presión de vapor de la solució solución

A 1 atm de presión, el agua pura congela a 0° C y ebulle a 100° C pero una disolución en agua de cualquier soluto a una concentración determinada congelará a menos de 0° C y ebullirá a más de 100° C independientemente de la naturaleza del soluto

Presión de vapor

Las propiedades físicas de las soluciones que dependen sólo de la cantidad de soluto disuelto y no de su naturaleza se llaman propiedades coligativas 1. Disminución de la presión de vapor de la solución respecto al valor para el solvente puro 2. Aumento del punto de ebullición de la solución respecto al valor para el solvente puro (ascenso ebulloscópico) 3. Disminución del punto de congelación de la solución respecto al valor para el solvente puro (descenso crioscópico) 4. Ósmosis (presión osmótica)

Propiedades Coligativas El punto de vista molecular

Solvente puro

Solvente + soluto

Pv (agua pura) = 55 Torr Pv (agua + 0.1 m NaCl) = 44 torr

Propiedades Coligativas En una solución, la tendencia de las moléculas de solvente a abandonar la fase líquida es menor por la presencia de las moléculas del soluto Ley de Raoult: Raoult: la presión parcial ejercida por el vapor del solvente (P PA) sobre una disolución es igual al producto de la fracción molar del solvente (X XA) por la presión de vapor del solvente puro (P PA0). Pº

P A = X A P A0

Solvente puro

P = Pv del solvente sobre la disolución

P

Solución xsolvente + xsoluto = 1 xsolvente < 1 entonces P < P°

xsolvente

Propiedades Coligativas Solució Solución ideal: cumple con la ley de Raoult a todas las concentraciones PA0

Las soluciones “reales” se apartan del comportamiento ideal al aumentar la concentración.

PA

Las desviaciones ocurren cuando la concentración del soluto supera el valor aproximado: 0,1 m para no electrolitos 0,01 m para electrolitos

Propiedades Coligativas 1. Disminución de la presión de vapor de la solución respecto al valor para el solvente puro ¿Cuánto disminuye la presión de vapor del solvente al formarse la disolución? En una solución formada por solvente (A) y soluto (B) XA + XB = 1 XA = 1 - XB PA = (1- XB) PA0 XB PA0 = PA0 – PA = ΔPA

P A = P A0 - X B P A0 ΔPA = XB PA0

XA

El tipo y la magnitud de la desviación dependerá de la naturaleza de las fuerzas intermoleculares entre solvente y soluto.

La disminución de la presión de vapor de la solución respecto al valor en el solvente puro depende de la fracción molar del soluto sin importar su naturaleza.

1

Propiedades Coligativas

Propiedades Coligativas

Consecuencias de la disminución de la presión de vapor de una solución

2. Aumento del punto de ebullición de la solución respecto al valor para el solvente puro (ascenso ascenso ebulloscó ebulloscópico) pico

Disminuye la presión de vapor

Aumenta la temperatura de ebullición

9Es consecuencia de la disminución de la disminución de la Pv respecto al solvente puro. 9Depende de la concentración de la solución (molalidad molalidad) y no de la naturaleza del soluto. 9Depende de la naturaleza del solvente (K Ke). Te – Te0 = ΔTe = Ke m Ke (°C/m)

H2O

0,52

C2H5OH

1,22

CCl4

5,02

Por definición, ΔTe siempre es positivo

Propiedades Coligativas 3. Disminución del punto de congelación de la solución respecto al valor para el solvente puro (descenso crioscópico)

Solvente

Propiedades Coligativas Solvente puro

Solución con soluto no volátil

Solución Solvente puro

Aumenta la temperatura de ebullición Disminución de la presión de vapor

El punto triple se desplaza a menor temperatura y menor presión Disminuye el punto de congelación Solvente Kc (°C/m)

ΔTc

Tc

T cº

ΔTe

T eo

Tc0 – Tc = ΔTc = Kc m

Te

Por definición, ΔTc siempre es positivo

Propiedades Coligativas Problema 1. El etilenglicol, C2H4(OH)2 (PM= 62), se utiliza como refrigerante y como anticongelante en los radiadores de los autos. Calcular Te y Tc para una solución de etilenglicol en agua del 25% p/p.

m=

25 g sto 1 1000 g svte × × 75 g svte 62 g sto / mol 1k svte

= 5,376

ΔTe = Ke m = 0,52° C/m x 5,376 m = 2,8° C Te - Te0 = 2,8° C Te = Te0 + 2,8° C

Te = 102,8° C

ΔTc = Kc m = 1,86° C/m x 5,376 m = 10,0° C Tc0 - Tc = 10,0° C 0° C - 10,0° C = Tc

Tc = - 10,0° C

H2O

1,86

C2H5OH

1,99

CCl4

29,8

Propiedades Coligativas Problema 2. Calcular Te y Tc para una solución acuosa de glucosa, C6O6H12 (PM = 180), que se obtiene disolviendo 0,20 g del monosácarido en 1 L del solvente.

m=

0, 2 g sto 1 × = 0,011 m 1k svte 180 g sto / mol

ΔTe = Ke m = 0,52° C/m x 0,011 m = 0,006° C Te - Te0 = 0,006° C Te = Te0 + 0,006° C

Te = 100,006° C

ΔTc = Kc m = 1,86° C/m x 0,011 m = 0,020° C Tc0 - Tc = 0,020° C 0° C - 0,020° C = Tc

Tc = - 0,020° C

2

Propiedades Coligativas Problema 3. 5 g de un medicamento cuyo PM es desconocido se disuelven en 250 g de agua. Experimentalmente se observa un descenso del punto de congelación de la solución de 0,12° C. Determine el PM del medicamento. ΔTc = Kc m 0,12° C = 1,86° C/m x m m = 0,12° C / 1,86° C/m m = 0,0645 m

0, 0645mol / k svte =

5 g sto 1 1000 g svte × × 250 g svte PM 1k svte

5 g sto 1 1000 g svte PM = × × 250 g svte 0, 0645mol / k svte 1k svte

Propiedades Coligativas Electrolitos como solutos no volá volátiles Electrolito: sustancia que se disocia en iones al disolverse en un solvente dado

NaCl(s)

H2O

Na+(ac) + Cl-(ac)

Cada mol de NaCl produce al disociarse dos moles, uno de Na+ y otro de ClDado que las propiedades coligativas dependen de la concentración de soluto disuelto, debe considerarse la concentración efectiva de los electrolitos

PM = 310 g/mol

Etilenglicol, glucosa, sacarosa, etc., son no electrolitos, no se disocian al disolverse

Propiedades Coligativas

Propiedades Coligativas

Factor i de van’ van’t Hoff: Hoff número de iones en los que se disocia un electrolito al disolverse en un solvente Electrolito

i

NaCl

2

CaCl2

3

Na2SO4

3

Na3PO4

4

Ca3(PO4)2

5

ΔTe = i Ke m ΔTc = i Kc m Problema 4. 4 Ordene según Te creciente las siguientes soluciones acuosas: NaCl 0,07 m; glucosa 0,10 m; Ca(NO3)2 0,05 m. a. Sin considerar el factor i:

Te = Te0 + Ke m

Glucosa > NaCl > Ca(NO3)2

b. Considerando el factor i:

Te = Te0 + i Ke m

No electrolito 1

Ca(NO3)2 > NaCl > Glucosa

Estos valores son ideales, válidos a bajas concentraciones. A altas concentraciones, los iones se combinan y ireal < iideal

Considerando valores ideales para i

Propiedades Coligativas 4. Presión osmótica Ósmosis: smosis: flujo de solvente hacia una solución o bien desde una solución diluida hacia una más concentrada a través de una membrana semipermeable (permeable al solvente pero no al soluto)

Propiedades Coligativas Presió Presión osmó osmótica (π ): presión necesaria para detener o evitar el proceso de ósmosis

La ósmosis es un proceso que ocurre espontáneamente

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Propiedades Coligativas

Propiedades Coligativas La presión osmótica obedece una ley similar a la de los gases ideales π=MRT

π

M = molaridad de la solución R = constante de los gases (0,082 L atm /mol K) T = temperatura absoluta

Para electrolitos la ecuación anterior se transforma en La presión ejercida por el pistón es igual a π

π=iMRT

Propiedades Coligativas Ósmosis en la Naturaleza Dos soluciones con igual presión osmótica se definen como isotónicas. Si las mismas están en contacto a través de una membrana semipermeable, no habrá flujo neto en ninguna dirección. Esto ocurre cuando las células están en contacto con el plasma extracelular.

Propiedades Coligativas Cuando las soluciones tienen distinta concentración, la que presenta menor presión osmótica (menor “concentración”) se denomina hipotó hipotónica, nica mientras que la que presenta mayor presión osmótica (mayor “concentración”) se denomina hipertó hipertónica.

Membrana plasmática

Célula en contacto con solución hipotónica Flujo de solvente hacia el interior de la célula Lisis Celular

Célula en contacto con solución hipertónica Flujo de solvente hacia el exterior de la célula Crenación

Importante: dos soluciones de igual concentración molar NO siempre son isotónicas

Propiedades Coligativas

Propiedades Coligativas

Gló Glóbulos rojos

Células vegetales Membrana plasmática

Cloroplasto

Núcleo

El contenido de vacuolas es hipertónico respecto al citoplasma.

Solución:

isotónica

hipertónica

hipotónica hemó hemólisis

Pared celular

Las vacuolas se llenan de agua. Empujan el citoplasma contra la pared celular Presió Presión de turgencia.

Vacuolas pierden agua Plasmó Plasmólisis La planta de “marchita”

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Propiedades Coligativas

Propiedades Coligativas

Aplicaciones La preservación de alimentos en exceso de sal (carnes) o azúcar (frutas) se basa en la crenación de las bacterias que pueden ocasionar su descomposición. Potabilización de agua por ósmosis inversa: inversa: aplicación de una presión superior a π sobre una muestra de agua de mar para forzar el paso de agua hacia la región de agua pura. P>π π

Propiedades Coligativas

Propiedades Coligativas

Problema 5. La presión osmótica promedio del líquido intracelular es de 7,7 atm a 25° C. Calcule la concentración molar y % p/v de la solución salina fisiológica, constituida por NaCl en agua.

Problema 6. Se desea conocer el peso molecular de una proteína extraída de un organismo primitivo. Con tal fin, se prepara una solución disolviendo 3,50 mg de la proteína en 5,00 mL de agua. La presión osmótica de dicha solución resultó ser de 1,54 mm de Hg a 25° C. Determine el peso molecular de la proteína.

π=iMRT

M=π/RT

M=π/iRT

% p/v =

M = 7,7 atm / (2 x 0,082 L atm /mol K x 298 K)

1atm 1 M =1,54mm × × 760mm 0, 082 Latm / molK 298K

M = 0,1575

M = 8,29 x 10-5 mol/L

0,1575moles sto 0,1L soln × 58, 44 g sto / mol × × 100 1L soln 100mL soln % p/v = 0,92

PM =

3,50mg 1000mL 1g 1 × × × 5, 00mL 1L 1000mg 8, 29 × 10−5 mol / L PM = 8443, 91 g/mol

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