Revisa Resolución

PREGUNTA (Técnico Profesional)
Se prepara una solución con 2 mol de agua y 0,5 mol de un electrolito no volátil.
Al respecto, ¿cuál es la presión de vapor a 25 ºC de esta solución, si la presión
del agua pura es 0,03 atm?
A)
B)
C)
D)
E)
0,024 atm
0,060 atm
0,075 atm
0,240 atm
0,600 atm
COMENTARIO
Se ha establecido a través de estudios experimentales, que los líquidos
presentan propiedades físicas tales como, el punto de ebullición, el punto de
congelación, la presión de vapor, entre otras. Cuando a un solvente puro se le
agrega un soluto se produce una alteración de estas propiedades, la cual
depende del número de partículas disueltas en una cantidad fija de solvente.
Dichas propiedades se denominan coligativas.
A continuación se detallan cada una de las propiedades coligativas:
1.- Disminución de la presión de vapor
La presión de vapor, es la presión que ejerce un determinado número de
moléculas al escapar de la superficie de un líquido por unidad de área. Las
moléculas con mayor energía en la superficie pueden escapar fácilmente a la
fase gaseosa, puesto que no todas se mueven con la misma velocidad. Por
consiguiente diferentes líquidos con distintas fuerzas de atracción entre sus
moléculas, tendrán una presión de vapor distinta.
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, la presión de vapor
del solvente puro en la solución disminuye, debido a las nuevas interacciones
intermoleculares generadas entre soluto y solvente (ver Figura N° 1):
P < Pº
Donde, P es la presión de vapor del solvente en la solución y Pº es la presión de
vapor del solvente puro.
Figura N° 1
Desde el punto de vista molecular:
Moléculas de solvente
Moléculas de soluto
Presión de vapor del solvente puro (P°)
Solvente Puro
Solución
Presión de vapor del solvente en la solución (P)
El grado en que un soluto no volátil disminuye la presión de vapor es
proporcional a su concentración, lo que se pone de manifiesto en la Ley de
Raoult, la cual establece que la presión parcial ejercida por el vapor del solvente
sobre una solución, PA, es igual al producto de la fracción molar del solvente,
XA, en la solución y la presión de vapor del solvente puro,
, tal como se
muestra en la siguiente expresión:
PA = XA ×
(*)
Para relacionar la presión de vapor con el soluto, se puede considerar que
XA = 1 – XB, donde XB es la fracción molar del soluto, de acuerdo a esto, y
reemplazando en la expresión de la Ley de Raoult, se obtiene que:
P = XB ×
(**)
En esta expresión se obtiene una relación directa entre la variación de la presión
de vapor y la fracción molar del soluto.
Es necesario destacar que las soluciones que obedecen la Ley de Raoult son
soluciones ideales, esto ocurre cuando la concentración de soluto es baja y
cuando el tamaño molecular y el tipo de fuerzas que hay entre el soluto y el
solvente son semejantes. En las soluciones reales se producen desviaciones de
la Ley de Raoult al aumentar la concentración del soluto.
A su vez, cuando se comparan las presiones de vapor de dos soluciones de
igual composición y diferente concentración, aquella solución más concentrada
tendrá la menor presión de vapor.
2.- Ascenso ebulloscópico o del punto de ebullición
El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un
líquido iguala a la presión atmosférica.
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, la temperatura de
ebullición de este aumenta, pues como vimos anteriormente la presión de vapor
disminuye, y por tanto, necesita mayor temperatura para igualar la presión
atmosférica (ver Figura N° 2):
Figura N° 2
solvente puro
El ascenso ebulloscópico (Te) es la
diferencia entre la temperatura de ebullición
de una solución a una concentración dada y
la del solvente puro, tal como se muestra
en la siguiente expresión:
760
Presión (mmHg)
Te solución >
Solvente
puro
Solución
T° e
Temperatura (°C)
Te = Te solución –
Te
∆Te
solvente puro
Además, es directamente proporcional a la concentración molal del soluto (m),
expresada como:
Te = ke × m
Donde ke corresponde a la constante ebulloscópica.
3.- Descenso crioscópico o del punto de congelación
El punto de congelación es la temperatura a la cual coexisten en equilibrio la
fase sólida y la líquida de una sustancia (ver Figura N° 3):
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, la temperatura de
congelación de este disminuye.
Figura N° 3
solvente puro
Este descenso (Tc) es la diferencia entre la
temperatura de congelación de una solución a
una concentración dada y el solvente puro.
Tc = Tc solución –
solvente
760
Presión (mmHg)
Tc solución <
Sólido
Líquido
S
te
en
olv
ro
pu
ció
lu
o
S
n
Vapor
Tc T°c
∆Tc
Temperatura (°C)
Tc, es directamente proporcional a la concentración molal (m) del soluto,
expresada como:
Tc = kc × m
Donde kc es la constante crioscópica
4.- Variación de la presión osmótica
Figura N° 4
La osmosis es la tendencia que tienen los solventes a
desplazarse espontáneamente desde zonas de menor a mayor
concentración de partículas a través de una membrana
semipermeable, (ver Figura N° 4). El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir.
La presión que se requiere para detener la osmosis, se conoce
como presión osmótica (π ) y se expresa como:
π =C×R×T
Donde C es la concentración molar de la solución, R es la constante de los
gases (0,082 atmL/molK) y T es la temperatura absoluta (K).
Para electrolitos se debe introducir el factor de van´t Hoff (i), el cual se
determina experimentalmente, sin embargo, se puede encontrar un valor
aproximado a partir de la disociación del soluto, quedando la expresión como:
π=i×C×R×T
Por ejemplo, la disociación del cloruro de sodio, NaCl, da origen a dos iones
+
–
(Na y Cl ), por lo que el factor teórico de van’t Hoff para una solución diluida de
cloruro de sodio es 2.
Respecto a la pregunta planteada, para responderla correctamente debes
determinar la presión de vapor de una solución de un electrolito no volátil en
agua a 25 ºC, para lo cual debes utilizar la ecuación (*) antes mencionada y los
datos proporcionados en el enunciado. Primero debes calcular la fracción molar
del solvente, mediante la siguiente expresión:
Fracción molar solvente =
cantidad de solvente (mol)
2

 0,8
Cantidad de soluto (mol) + cantidad de solvente (mol) 2,5
Reemplazando este valor y la presión de vapor del agua pura (0,03 atm) se
obtiene que:
Presion de vaporsolución  0,8  0,03 atm  0,024 atm
La presión de vapor de la solución es 0,024 atm, por lo que, la opción A) es la
correcta.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Eje Temático / Área Temática: Materia y sus transformaciones / Reacciones
químicas y estequiometría
Nivel: II Medio
Objetivo Fundamental: Reconocer diversos tipos de soluciones en estado
sólido, líquido y gaseoso, sus propiedades, aplicaciones tecnológicas y las
etapas necesarias para la preparación de soluciones a concentraciones
conocidas.
Contenido Mínimo Obligatorio: Descripción de las propiedades coligativas de las
soluciones que permiten explicar, por ejemplo, la inclusión de aditivos al agua de
radiadores, la mantención de frutas y mermeladas en conserva, el efecto de la
adición de sal en la fusión del hielo.
Habilidad Cognitiva: Aplicación
Clave: A