Los químicos no pudieron calcular la masa molar de un soluto en una solución y para calcular esta masa molar introdujeron los términos llamados propiedades coligativas y hay cuatro propiedades coligativas: disminución relativa de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, depresión del punto de congelación, presión osmótica y para estudiar esto necesitamos conocer algunos términos estándar y definiciones estándar.
Molaridad (M)
La molaridad es la concentración de una solución medida como número de moles de soluto por litro de solución.
Molaridad = número de moles de soluto/volumen de solución en L.
Molalidad (m)
La molalidad es la cantidad de una sustancia disuelta en una determinada masa de disolvente. Se define como el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente.
Molalidad = número de moles de soluto/peso de disolvente en Kg.
Fracción molar(x)
La fracción molar de un soluto en una solución da la relación entre el número de moles del soluto presente en la solución y el número total de moles del soluto y el solvente presente en la solución.
Hay otra definición de fracción molar, es decir, la fracción molar de un compuesto es la relación entre el número de moles del compuesto y el total de moles de compuestos en la mezcla.
Fracción molar = número de moles de soluto/número total de moles de soluto y solvente.
Factor de Van’t Hoff(i)
El factor de Van’t Hoff es el efecto de los solutos sobre las propiedades coligativas de las soluciones. Se indica con el símbolo (I), i es la relación entre la concentración de partículas formadas cuando se disuelve una sustancia y la concentración de la sustancia en masa, i es la relación entre el peso molecular teórico y el peso molecular observado.
i es la relación entre el número final de partículas y el número inicial de partículas, i es la relación entre la propiedad coligativa observada y la propiedad coligativa teórica.
Y, yo =1 + α(n – 1)
aquí, n es el número de iones formados a partir de una unidad de fórmula de una sustancia,
α es el grado de disociación,
y en base a ello tenemos 3 tipos de electrolitos, electrolitos fuertes, electrolitos debiles, no electrolitos
- electrolitos fuertes
Los electrolitos que se ionizan completamente en agua son electrolitos fuertes. Esto significa que el 100 % de la sustancia química disuelta se divide en cationes y aniones. ejemplo, HCl, NaOH, NaCl.
- electrolitos débiles
Los electrolitos que se ionizan parcialmente en agua son electrolitos débiles. Los electrolitos que se disocian en iones entre 0% y 100% son electrolitos débiles. ejemplo, CH 3 COOH, NH 3
- no electrolitos
Una sustancia que no se ioniza en el agua es un no electrolito. Ejemplos: CH 4 , azúcares como glucosa-fructosa, urea.
- La constante universal de los gases (R)
Es igual al producto de la presión y el volumen de un mol de un gas ideal dividido por la temperatura absoluta. R tiene diferentes valores para diferentes unidades, por ejemplo, R = 8.314 Jmol -1 K -1 = 0.0821 Latmmol -1 k -1
- La temperatura
La temperatura es la medida de calor o frío expresada en términos de cualquiera de varias escalas, como Fahrenheit, Celsius, Kelvin, etc. La temperatura indica la dirección en la que la energía térmica fluirá espontáneamente, es decir, desde un cuerpo más caliente (uno a una temperatura más alta) un cuerpo más frío (uno a una temperatura más baja).
- Presión parcial
La presión parcial es la presión que ejerce un gas individual en una mezcla de gases y es igual al producto de la fracción molar de un gas y la presión total ejercida sobre el recipiente.
Propiedades coligativas
Una solución binaria es una mezcla de dos líquidos completamente miscibles entre sí, y existen dos tipos de soluciones binarias,
- Tanto el soluto como el solvente son volátiles.
- El soluto es no volátil y el solvente es volátil.
Si tanto el soluto como el solvente son volátiles entonces,
P Total = P A + P B (Aquí P A es la presión parcial del gas A en el aire y P B es la presión parcial del gas B en el aire)
De la ley de Rault: P A = P A 0 x
Aquí P 0 es la presión parcial de A en el recipiente.
Entonces P Total = P A 0 x A + P 0 B x B
Aquí puede ocurrir x B = 1 – x A y viceversa.
Si el Soluto es no volátil y el solvente es volátil
Supongamos que B es un soluto no volátil
Entonces P B 0 es 0 entonces P B también es 0 entonces,
P Total = P A = P A 0 x A = P A 0 (1 – x B )
Entonces x B = P A 0 – P T /P A 0
Por lo tanto, ΔP/P 0 A = x B
Aquí, P 0 A – P T /P o A es la disminución relativa de la presión de vapor.
- Disminución relativa de la presión de vapor
La reducción relativa de la presión de vapor es la relación entre la reducción de la presión de vapor y la presión de vapor del disolvente puro. Por lo tanto, la disminución relativa de la presión de vapor de una solución que tiene solutos no volátiles es igual a la fracción molar del soluto.
- Elevación en el punto de ebullición (ΔT b )
La elevación del punto de ebullición describe el fenómeno de que el punto de ebullición de un líquido (un solvente) será más alto cuando se agregue otro compuesto, lo que significa que una solución tiene un punto de ebullición más alto que un solvente puro.
ΔT segundo = T yo segundo – T segundo
ΔT b es proporcional al número de partículas
ΔT b es proporcional a i×m
ΔT b = I × k b × m (i depende del tipo de soluto y k b depende del tipo de solvente).
- Depresión en el punto de congelación (ΔT f )
Depresión del punto de congelación. El punto de congelación de una solución es menor que el punto de congelación del disolvente puro. Esto significa que una solución debe enfriarse a una temperatura más baja que el solvente puro para que ocurra la congelación.
ΔT f = T f – T f yo
ΔT f es proporcional al número de partículas
ΔT f es proporcional a I × m
ΔT f = i × k f × m (i depende del tipo de soluto y kb depende del tipo de solvente).
- Presión osmótica (π)
La presión osmótica es la presión mínima que debe aplicarse a una solución para evitar el flujo hacia el interior de su disolvente puro a través de una membrana semipermeable. También se define como la medida de la tendencia de una disolución a absorber un disolvente puro por ósmosis.
π = iCRT
Aquí i es el factor de van’t Hoffs, C es la concentración (o) molaridad, R es la constante universal de los gases, T es la temperatura.
En una solución isotónica, el flujo de agua que entra y sale de la célula ocurre al mismo ritmo. El agua entra y sale de las células por ósmosis.
Si una célula está en una solución hipertónica, la solución tiene una concentración de agua más baja que el citosol celular y el agua sale de la célula hasta que ambas soluciones son isotónicas.
Si una célula está en una solución hipotónica, la solución tiene una concentración de agua más alta que el citosol de la célula y el agua se mueve hacia la célula hasta que ambas soluciones son isotónicas.
Determinación de la masa molar a partir de propiedades coligativas
- Determinación de la masa molar a partir de la reducción relativa de la presión de vapor:
Como ΔP/P°A = x B
Como x B = n B / n A + n B
Sabemos que numero de moles = masa/masa molar
A partir de esta masa molar se obtiene.
- Determinación de la masa molar a partir de la elevación del punto de ebullición y la depresión del punto de congelación:
Como ΔT b = i × k b × m y ΔT f = i × k f × m
Como Molalidad = número de moles de soluto/peso de solvente en Kg
Como el número de moles = masa/masa molar
A partir de esto, se obtiene la masa molar.
- Determinación de la masa molar a partir de la presión osmótica:
Como π = iCRT
Donde C = molaridad
Molaridad = número de moles de soluto/volumen de solución en L
Como el número de moles = masa/masa molar
A partir de esto, se obtiene la masa molar.
Problemas de muestra
Pregunta 1: Encuentre la reducción relativa de la presión de vapor si se disuelven 18 g de glucosa en 90 g de agua.
Solución:
Masa de glucosa = 18g,
número de moles de glucosa (n B ) = 18/180 = 0,1
Masa de agua = 90 g, número de moles de agua (n A ) = 90/18 = 5
El descenso relativo ΔP/P A ° es igual a X B .
El valor de X B = n B / n A + n B
Entonces XB = 0.1/0.1 + 5 = 1/51
Pregunta 2: La elevación del punto de ebullición de una solución que contiene sacarosa y agua es 0,256c. La constante de elevación molal del agua es 0.512c/m y la masa molar de la sacarosa es 342 g/mol. ¿Qué es la molalidad?
Solución:
Dado: Elevación del punto de ebullición (ΔT b ) = 0,256
constante de elevación molal (K b ) = 0.512
Como (ΔT b ) = i × K b × m = K b × m (Para un soluto no volátil i es 1 cuando α es 0)
0,256 = 0,512 × metro
A partir de esto, m = 0,5 mol/kg
Pregunta 3: Calcule la depresión del punto de congelación y el punto de congelación después de agregar 100,0 g de sal de mesa a 400,0 g de agua. (Kf de agua = 1,86)
Solución:
Moles de NaCl = masa/masa molar = 100,0/58,443 = 1,71107 mol
Masa de agua = 400,0 g = 0,400 kg
Molalidad(m) = moles de NaCl/masa de agua en kg = 1,71107/0,400 = 4,2777m
NaCl ⇢ Na + + Cl –
Van’tHofffactor(i) = Número de moles después de la disociación/número de moles antes de la disociación
= 2 (ya que cada unidad de NaCl se ioniza completamente en 2 iones)
Constante de depresión del punto de congelación para el agua K f = 1,86
Depresión del punto de congelación = i × K f × m = 2 × 1,86 × 4,2777 = 15,9 0 C
Punto de congelación de la solución = punto de congelación del agua – depresión del punto de congelación = 0,0 – 15,9 = -15,9 0 C
Pregunta 4: Si el 6,8 % p/v de azúcar de caña es isotónico con el 1,52 % p/v de tiocarbamida, si el peso molecular del azúcar de caña es 342, ¿cuál es el peso molecular de la tiocarbamida?
Solución:
En una solución isotónica, el flujo de agua dentro y fuera de la celda ocurre al mismo ritmo, es decir;
π 1 = π 2 yo 1 C 1 RT = yo 2 C 2 RT
De esto, i 1 C 1 = i 2 C 2
Aquí, tanto el azúcar de caña como la tiocarbamida no son electrolitos,
Entonces i = 1, Entonces C 1 = C 2
% (p/v) por ciento es el número de gramos de soluto en 100 ml de solución.
Y C es molaridad y Molaridad = número de moles de soluto/volumen de solución en L
Entonces C 1 = 6.8 × 1000/342 × 100 y C 2 = 1.52 × 1000/x × 100
Y como C 1 = C 2
Resolviendo esto obtenemos x = 76
Pregunta 5: La presión osmótica de una solución de glucosa es de 117,4 atm. Encuentre la molaridad de la solución a 298 K.
Solución:
π = iCRT
(la glucosa no es un electrolito, por lo que i = 1)
117,4 = C × 0,0821 × 298 de esto, C = 4,8 mol/lit
Pregunta 6: x gramos de soluto se disuelven en 500 gramos de solvente si la suma de la elevación del punto de ebullición y la depresión del punto de congelación de la sacarosa en agua es 5, encuentre su molalidad. (si K b = 0.52 y K f = 1.86) encuentre x?
Solución:
ΔT f + ΔT b = 5 (ΔT f = i × k f × m y ΔT b = i × k b × m)
Y aquí i = 1 para no electrolitos como la sacarosa.
k F × metro + k segundo × metro = 5
⇒ 2,38 × metro = 5
m = 2,1 moles/kg
(Molalidad = número de moles de soluto/peso de disolvente en Kg)
x × 1000/342 × 500 = 2,1
⇒ x = 359
Pregunta 7: si en un recipiente hay 2 gases en los que uno tiene una concentración de 2M y el otro tiene una concentración de 10M, ¿cuál es la dirección neta del flujo?
Solución:
Aquí dada la concentración y sabemos que la concentración es directamente proporcional a la presión osmótica y la presión osmótica es proporcional al número de partículas de soluto y sabemos que el flujo neto se produce desde menos partículas de soluto a partículas de alto soluto. Entonces, el flujo neto ocurre de 2M a 10M.
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Artículo escrito por satwik4409 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA