Propiedades coligativas de las disoluciones.

Es posible que alguno de los lectores conozca el viejo truco de añadirle sal al hielo para enfriar a una temperatura más baja, que la del hielo en equilibrio con agua pura, algún producto. Esto tiene una explicación que se relaciona con lo que hemos ido señalando sobre la fuerza motriz de los procesos en la naturaleza. Una explicación más completa del fenómeno la verán en la asignatura de fisicoquímica. El que no tenga la paciencia para esperar a ese momento, puede consultar en este mismo sitio esa asignatura para poder revisar esa explicación, que se relaciona con el potencial químico. Vamos a pensar en lo que sucede cuando comparamos un recipiente con un solvente puro con otro recipiente que contiene al mismo solvente, pero con la presencia de un soluto, o sea una disolución, como lo ilustra la figura siguiente:

Evidentemente, en ambos casos habrá el paso de moléculas del solvente del seno de la fase líquida hacia la fase vapor, que como ya vimos, es un equilibrio dinámico. Sin embargo, el efecto neto en la disolución es que en la superficie del líquido vamos a tener moléculas del soluto ocupando posiciones que deberían estar ocupando moléculas del solvente e impiden que la cantidad de moléculas de soluto que abandonan la superficie, sea menor que cuando está el solvente solo, o sea disminuye la tendencia de escape de las moléculas del solvente. Como resultado la presión de vapor del solvente sobre la disolución será menor que la que hay cuando el solvente está puro. Esta  disminución estará relacionada con la concentración del soluto, específicamente son la cantidad de moles del mismo que estén presentes.

No se afecta solamente la presión de vapor. En las disoluciones de solutos no volátiles se observa un aumento de la temperatura de ebullición y una disminución de la temperatura de congelación de las disoluciones con respecto a la del solvente puro. Estas propiedades de las disoluciones, que dependen del número de partículas del soluto presentes en la disolución se denominan propiedades coligativas. El ascenso de la temperatura de ebullición es el ascenso ebulloscópico y se cumple que

Te_D: temperatura de ebullición de la solución;

Te_S: temperatura de ebullición del solvente puro;

ΔTe: variación de la temperatura de ebullición;

K_eb: constante ebulloscópica, característica para cada solvente;

m: molalidad de la disolución.

Igualmente para el descenso de la temperatura de congelación o descenso crioscópico:

Tc_D: temperatura de congelación de la solución;

Tc_S: temperatura de congelación del solvente puro;

ΔTc: variación de la temperatura de congelación;

K_C: constante crioscópica, característica para cada solvente;

m: molalidad de la disolución.

También se afecta la presión osmótica de la disolución, que es menor que la del solvente puro. La ósmosis es el paso de moléculas del solvente de disoluciones más diluídas a las más concentradas (en otras palabras, de las de mayor presión de vapor a la de menor presión de vapor).

Algunas constantes crioscópicas y ebulloscópicas se muestran en la siguiente tabla:

Estas propiedades se toman en consideración para muchos procesos industriales y ocurren en los procesos naturales donde intervienen disoluciones (pensar solamente en la célula y su membrana semipermeable). Además se utilizan para determinar la masa molecular de solutos (¿Cómo se hará?).

En el menu inferior derecho les vinculo una simulación de propiedades coligativas de la Universidad de Iowa. Con ella trabajaremos tambien en clase.