Las propiedades coligativas de una solución generalmente se consideran:
- Depresión del punto de congelación : la disminución del punto de congelación de la solución, en comparación con el disolvente puro a la misma presión.
- Elevación del punto de ebullición : el aumento en el punto de ebullición de una solución que contiene solutos no volátiles, en comparación con el disolvente puro a la misma presión.
- Reducción de la presión de vapor : la disminución de la presión de vapor de una solución que contiene solutos no volátiles, en comparación con la presión de vapor del disolvente puro a la misma temperatura.
- Presión osmótica : el aumento de la presión de la solución que coloca el solvente en equilibrio de transferencia con solvente puro a la misma temperatura y presión que la solución original.
Tenga en cuenta que las cuatro propiedades están definidas por un equilibrio entre la solución líquida y una fase sólida, líquida o gaseosa del disolvente puro. Las propiedades llamadas coligativas (latín: unidas ) tienen en común una dependencia de la concentración de partículas de soluto que afecta el potencial químico solvente.
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Figura 12.3 Depresión del punto de congelación y elevación del punto de ebullición de una solución acuosa. Curvas sólidas: dependencia de la temperatura del potencial químico del H2 [matemático] 2 [/ matemático] O (A) en fases puras y en una solución acuosa a 1 bar [matemático] 1 bar [/ matemático]. Curvas discontinuas: estados inestables. Los valores μA [matemática] μA [/ matemática] tienen un cero arbitrario. La curva de solución se calcula para una solución diluida ideal de composición xA = 0.9 [matemática] xA = 0.9 [/ matemática].
La figura 12.3 ilustra la depresión del punto de congelación y la elevación del punto de ebullición de una solución acuosa. A una presión fija, el agua líquida pura está en equilibrio con hielo en el punto de congelación y con vapor en el punto de ebullición. Estas son las temperaturas a las cuales H2 [matemáticas] 2 [/ matemáticas] O tiene el mismo potencial químico en ambas fases a esta presión. A estas temperaturas, las curvas de potencial químico para las fases se cruzan, como lo indican los círculos abiertos en la figura. La presencia de soluto disuelto en la solución provoca una disminución del potencial químico H2 [matemática] 2 [/ matemática] O en comparación con el agua pura a la misma temperatura. En consecuencia, la curva para el potencial químico de H2 [matemática] 2 [/ matemática] O en la solución intersecta la curva para hielo a una temperatura más baja, y la curva para vapor a una temperatura más alta, como lo indican los triángulos abiertos. El punto de congelación está deprimido por ΔTf [matemática] ΔTf [/ matemática], y el punto de ebullición (si el soluto no es volátil) se eleva por ΔTb [matemática] ΔTb [/ matemática].
Las secciones 12.4.1–12.4.4 derivarán relaciones teóricas entre cada una de las cuatro propiedades coligativas y las variables de composición de soluto en el límite de dilución infinita. Las expresiones muestran que las propiedades coligativas de una solución binaria diluida dependen de las propiedades del disolvente, son proporcionales a la concentración y molalidad del soluto, pero no dependen del tipo de soluto.
Aunque estas expresiones no proporcionan información sobre el coeficiente de actividad de un soluto, son útiles para estimar la masa molar del soluto. Por ejemplo, a partir de una medición de cualquiera de las propiedades coligativas de una solución diluida y la relación teórica apropiada, podemos obtener un valor aproximado de la molalidad del soluto mB [matemática] mB [/ matemática]. (Solo es aproximado porque, para una medición de precisión razonable, la solución no puede ser extremadamente diluida). Si preparamos la solución con una cantidad conocida nA [matemática] nA [/ matemática] de disolvente y una masa conocida de soluto, puede calcular la cantidad de soluto a partir de nB = nAMAmB [matemática] nB = nAMAmB [/ matemática]; entonces la masa molar soluto es la masa soluto dividida por nB [matemática] nB [/ matemática].
