domingo, 11 de junio de 2017

8 PROPIEDADES COLIGATIVAS 2, OSMOSIS, PRESIÓN Y MASA MOLAR

8.1 Disminución de la presión de vapor

Un líquido en un recipiente cerrado establece el equilibrio entre sus fase acuosa y su fase gaseosa. La presión de vapor es la presión ejercida por el vapor cuando está en equilibrio con el líquido (es decir, cuando la velocidad de vaporización es igual a la velocidad de condensación). Una sustancia que no tiene presión de vapor medible es no volátil, mientras que una que exhibe una presión de vapor es volátil. Una solución que consiste en un disolvente líquido volátil y un soluto no volátil se forma espontáneamente debido al aumento de entropía que acompaña a su mezcla. En efecto, las moléculas de disolvente se estabilizan en su estado lıquido por este procedimiento y por lo tanto tienen una menor tendencia a escapar al estado de vapor. Por lo tanto, cuando está presente un soluto no volátil, la presión de vapor del disolvente es menor que la presión de vapor del disolvente puro, como se ilustra en la siguiente figura.

Idealmente, la presión de vapor de un disolvente volátil por encima de una solución que contiene un soluto no volátil es proporcional a la concentración del disolvente en la solución. Esta relación se expresa cuantitativamente por la ley de Raoult (a)

Donde  P(sln) representa la presión de la solución; χ(slv) representa la fracción molar del solvente y P°(slv) representa la presión del solvente en estado de pureza. El efecto del soluto representado como el cambio en la presión ΔP se expresa como (b).

Un gas ideal se define como uno que obedece a la ecuación de los gases ideales y una solución ideal se define como uno que obedece a la ley de Raoult. Mientras que la idealidad para un gas surge de una completa falta de interacción intermolecular, la idealidad para una solución implica total uniformidad de la interacción. Las moléculas en una solución ideal se influyen mutuamente de la misma manera -en otras palabras, las interacciones soluto-soluto, solvente-disolvente y disolvente-disolvente son indistinguibles entre sí. Las soluciones reales que mejor aproximan el comportamiento ideal cuando la concentración de soluto es baja; el soluto y el disolvente tienen tamaños moleculares similares; y toman parte en tipos similares de atracciones intermoleculares.

Muchas soluciones no obedecen la ley de Raoult exactamente y por lo tanto no son ideales. Si, por ejemplo, las interacciones disolvente-soluto en una solución son más débiles que las interacciones disolvente-disolvente o soluto-soluto, la presión de vapor tiende a ser mayor que la predicha por la ley de Raoult. Cuando las interacciones soluto-disolvente en una solución son excepcionalmente fuertes, como podría ser el caso cuando existe enlace de hidrógeno, la presión de vapor es menor que la predicha por la ley de Raoult. Aunque usted debe ser consciente de que estas desviaciones de la idealidad ocurren, las ignoraremos para el resto de este capítulo.

8.2 Osmosis

Ciertos materiales, incluyendo muchas membranas en sistemas biológicos y sustancias sintéticas tales como celofán, son semipermeables. Cuando están en contacto con una solución, estos materiales permiten que sólo iones o pequeñas moléculas como las de agua pasen.

Consideremos una situación en la que sólo las moléculas disolventes son capaces de atravesar una membrana semipermeable colocada entre dos soluciones de diferentes concentraciones. La velocidad a la que las moléculas de disolvente pasan de la solución menos concentrada a la solución más concentrada es mayor que la velocidad en la dirección opuesta. Por lo tanto, hay un movimiento neto de moléculas de disolvente desde la solución con una concentración de soluto más baja en la que tiene una concentración de soluto más alta. En este proceso, llamado ósmosis “cuando lo que se mueve es agua”, el movimiento neto del disolvente es siempre hacia la solución con la concentración del disolvente más bajo (mayor soluto), como si las soluciones fueran impulsadas a alcanzar concentraciones iguales.

La figura anterior muestra la ósmosis que se produce entre una solución acuosa y agua pura, separadas por una membrana semipermeable. En el panel izquierdo el tubo en U contiene agua a la izquierda y una solución acuosa a la derecha. Inicialmente, hay un movimiento neto de agua a través de la membrana de izquierda a derecha, dando lugar a niveles de líquido desiguales en los dos brazos del tubo en U. Finalmente, en el equilibrio (panel central), la diferencia de presión resultante de las alturas desiguales del líquido se hace tan grande que el flujo neto de agua cesa. Esta presión, que detiene la ósmosis, es la presión osmótica Π, de la solución. Si se aplica una presión externa igual a la presión osmótica a la solución (panel derecho), los niveles de líquido en los dos brazos pueden ser igualados a las malas. La presión osmótica puede definirse de dos modos:

Donde c es la concentración molar que resulta de la división entre n/V donde n está expresado en moles y V en litros. Dado que la presión osmótica es directamente proporcional a la concentración molar,as soluciones con mayor molaridad poseen mayor presión osmótica. Si dos soluciones de presión osmótica idéntica están separadas por una membrana semipermeable, no habrá ósmosis. Las dos soluciones son isotónicas entre sí. Si una solución es de menor presión osmótica, es hipotónica con respecto a la solución más concentrada. La solución más concentrada es hipertónica con respecto a la solución diluida.

La ósmosis juega un papel importante en los sistemas vivos. Las membranas de los glóbulos rojos, por ejemplo, son semipermeables. Colocar un glóbulo rojo en una solución que es hipertónica con respecto a la solución intracelular (la solución dentro de las células) hace que el agua se mueva fuera de la célula. Esto hace que la célula se marchite, un proceso llamado crenación. Colocar la célula en una solución que es hipotónica en relación con el líquido intracelular hace que el agua se mueva dentro de la célula, lo que puede causar la ruptura de la célula, un proceso llamado lisis. Las personas que necesitan fluidos corporales o nutrientes reemplazados pero no pueden ser alimentados por vía oral reciben soluciones por infusión intravenosa (I. V.), que alimenta los nutrientes directamente en las venas. Para evitar la crenación o hemólisis de los glóbulos rojos, las soluciones I. V. deben ser isotónicas con los fluidos intracelulares de las células sanguíneas.

8.3 Determinación de la masa molar

La masa molar de cualquier sustancia en solución puede calcularse a través de las propiedades coligativas y las masas respectivas de acuerdo a la siguiente expresión.


8.4 Referencias

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