Propiedades coligativas
La adición de soluto para formar una solución estabiliza el solvente en la fase líquida y reduce el potencial químico del solvente para que las moléculas de solvente tengan menos tendencia a pasar a las fases gaseosa o sólida. Como resultado, las soluciones líquidas ligeramente por encima del punto de ebullición del disolvente a una presión determinada se vuelven estables, lo que significa que el punto de ebullición aumenta. De manera similar, las soluciones líquidas ligeramente por debajo del punto de congelación del solvente se vuelven estables, lo que significa que el punto de congelación disminuye. Tanto la elevación del punto de ebullición como la depresión del punto de congelación son proporcionales a la disminución de la presión de vapor en una solución diluida.
Estas propiedades son coligativas en sistemas donde el soluto está esencialmente confinado a la fase líquida. La elevación del punto de ebullición (como la disminución de la presión de vapor) es coligativa para los solutos no volátiles donde la presencia de soluto en la fase gaseosa es insignificante. La depresión del punto de congelación es coligativa para la mayoría de los solutos ya que muy pocos solutos se disuelven apreciablemente en disolventes sólidos.
Elevación del punto de ebullición (ebulloscopia) Editar
El punto de ebullición de un líquido a una presión externa determinada es la temperatura (T b {\ displaystyle T _ {\ rm {b}}}) a la que la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa. El punto de ebullición normal es el punto de ebullición a una presión igual a 1 atm.
El punto de ebullición de un disolvente puro se aumenta mediante la adición de un soluto no volátil, y la elevación se puede medir mediante ebullioscopia. . Se encuentra que
Δ T b = T b (solución) – T b (disolvente puro) = i ⋅ K b ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {b}} = T _ {\ rm {b }} (solución) -T _ {\ rm {b}} (puro \ solvente) = i \ cdot K_ {b} \ cdot m}
Aquí i es el factor van «t Hoff como arriba, Kb es el ebullioscópico constante del solvente (igual a 0.512 ° C kg / mol para el agua), y m es la molalidad de la solución.
El punto de ebullición es la temperatura a la que hay equilibrio entre las fases líquida y gaseosa. En el punto de ebullición, la cantidad de moléculas de gas que se condensan en líquido es igual a la cantidad de moléculas de líquido que se evaporan en gas. Agregar un soluto diluye la concentración de las moléculas de líquido y reduce la velocidad de evaporación. Para compensar esto y volver a alcanzar el equilibrio, el punto de ebullición ocurre a una temperatura más alta.
Si se supone que la solución es una solución ideal, Kb se puede evaluar a partir de la condición termodinámica para el equilibrio líquido-vapor. En el punto de ebullición, el potencial químico μA del disolvente en la fase de solución es igual al potencial químico en la fase de vapor puro por encima de la solución.
μ A (T b) = μ A ⋆ (T b) + RT ln x A = μ A ⋆ (g , 1 atm) {\ Displaystyle \ mu _ {A} (T_ {b}) = \ mu _ {A} ^ {\ star} (T_ {b}) + RT \ ln x_ {A} \ = \ mu _ {A} ^ {\ star} (g, 1atm)},
Depresión del punto de congelación (crioscopia) Editar
El punto de congelación (T f {\ displaystyle T _ {\ rm {f}}}) de un disolvente puro se reduce mediante la adición de un soluto que es insoluble en el disolvente sólido, y la medición de esta diferencia se llama crioscopia. Se encuentra que
Δ T f = T f (solución) – T f (disolvente puro) = – i ⋅ K f ⋅ m {\ displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm { f}} (solución) -T _ {\ rm {f}} (disolvente \ puro) = – i \ cdot K_ {f} \ cdot m} (También se puede escribir como Δ T f = T f (disolvente puro) – T f (solución) = yo ⋅ K f ⋅ m {\ Displaystyle \ Delta T _ {\ rm {f}} = T _ {\ rm {f}} (puro \ solvente) -T _ {\ rm {f}} (solución) = i \ cdot K_ {f} \ cdot m})
Aquí Kf es la constante crioscópica (igual a 1.86 ° C kg / mol para el punto de congelación del agua), i es el factor van «t Hoff, y m la molalidad.
En la solución líquida, el disolvente se diluye mediante la adición de un soluto, de modo que hay menos moléculas disponibles para congelar. El restablecimiento del equilibrio se logra a una temperatura más baja a la que la velocidad de congelación se vuelve igual a la velocidad de licuefacción. En el punto de congelación inferior, la presión de vapor del líquido es igual a la presión de vapor del sólido correspondiente, y los potenciales químicos de las dos fases son e igual. La igualdad de potenciales químicos permite la evaluación de la constante crioscópica como K f = RMT f 2 / Δ H fus {\ displaystyle K_ {f} = RMT_ {f} ^ {2} / \ Delta H _ {\ mathrm {fus}} }, donde ΔHfus es la entalpía molar de fusión del disolvente.