Propiedades Coligativas: Soluciones Ideales

Calcula ΔTb, ΔTf, Presión Osmótica (π) y Descenso de Presión de Vapor (Raoult y ecuación de Antoine) para soluciones ideales diluidas con solutos no volátiles.

Solvente

Tb100

Kb0.512

P⁰23.69

Tf0

Kf1.86

ρ1

Soluto

MM58.44 g/mol

Parámetros

Masa del Soluto

Cantidad de soluto a disolver

01000

Cantidad de Solvente

Cantidad de solvente puro

0.00110

Temperatura de Trabajo

Para el cálculo de presión osmótica

-50200

A concentraciones mayores a 0.1 mol/kg, el comportamiento de la solución se desvía significativamente de la idealidad. El factor de Van't Hoff real será menor al teórico. Los resultados son aproximados.

Métricas Intermedias

Moles de Soluto

0.1711

mol

Molalidad

0.3422

mol/kg

Fracción Molar (Soluto)

0.006128

partículas: 0.01218 (i=2)

Molaridad (aprox.)

0.3422

mol/L

* Dado que se ingresan masas, el simulador aproxima la Molaridad asumiendo que el volumen aportado por el soluto es despreciable (V_solución ≈ V_solvente). Esta es una aproximación estándar para soluciones diluidas.

Resultados

Punto de Ebullición

100.4

°C

ΔTb = +0.3504 °C

Punto de Congelación

-1.273

°C

ΔTf = −1.273 °C

Presión Osmótica

16.75

atm

= 1697 kPa

Presión de Vapor

23.4

mmHg

ΔP = −0.2885 mmHg

Fundamentos y Explicación

¿Qué son las propiedades coligativas?

Las propiedades coligativas son propiedades físicas de las soluciones que dependen exclusivamente del número de partículas de soluto disueltas (moléculas o iones) y no de su naturaleza química. Para una solución ideal con soluto no volátil, estas propiedades explican cómo la presencia del soluto altera el comportamiento termodinámico del solvente.

Ley de Raoult y Ecuación de Antoine

P_{\text{solución}} = X_{\text{solvente}} \cdot P^0_{\text{solvente}}

\log_{10}(P^0) = A - \frac{B}{T(^\circ\text{C}) + C}

La Ley de Raoult establece que la presión de vapor de la solución disminuye de forma proporcional a la fracción molar del soluto ( $X_{\text{soluto}}$ ). En este simulador, la presión de vapor pura del solvente ( $P^0$ ) no es estática; se calcula dinámicamente según la temperatura utilizando la Ecuación de Antoine, garantizando rigor termodinámico incluso a temperaturas elevadas. Para electrolitos, esta fracción molar se evalúa sobre las partículas realmente disueltas: el factor de Van't Hoff multiplica los moles de soluto ( $X_{\text{soluto}} = \frac{i \cdot n_{\text{soluto}}}{i \cdot n_{\text{soluto}} + n_{\text{solvente}}}$ ), de modo que la disociación también intensifica el descenso de presión de vapor, en forma consistente con $\Delta T_b$ , $\Delta T_f$ y $\pi$ .

Ebulloscopía y Crioscopía

\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m \quad (\text{Aumento Ebulloscópico})

\Delta T_f = i \cdot K_f \cdot m \quad (\text{Descenso Crioscópico})

Al disminuir la presión de vapor, el diagrama de fases del solvente se desplaza: se necesita más temperatura para alcanzar la ebullición, y menos para la congelación. Las constantes $K_b$ y $K_f$ son intrínsecas del solvente. El factor $i$ (Van't Hoff) corrige según el número de iones disociados ( $i=2$ para NaCl).

Presión Osmótica (π)

\Pi = i \cdot M \cdot R \cdot T

La presión osmótica es la presión requerida para detener el flujo neto de solvente a través de una membrana semipermeable. Esta ecuación de Van't Hoff es análoga a la ley de los gases ideales. Es fundamental en fisiología para calcular la tonicidad de sueros intravenosos y en ósmosis inversa.

Limitaciones del Modelo Ideal

Supuesto de Dilución:

Las ecuaciones coligativas son leyes límite; funcionan con precisión solo en soluciones muy diluidas ( $m < 0.1$ mol/kg). A concentraciones altas, las interacciones iónicas (apareamiento) reducen el factor de Van't Hoff real por debajo de su valor teórico entero [1].

Aproximación de Molaridad:

Dado que se ingresan masas, el simulador aproxima la Molaridad asumiendo que el volumen aportado por el soluto es despreciable ( $V_{\text{solución}} \approx V_{\text{solvente}}$ ). Esta es una aproximación estándar en fisicoquímica para soluciones diluidas ideales.

Condiciones del Simulador

R = 0.08206 L·atm/(K·mol)

Solutos: No volátiles

Ecuación: Antoine

Vol. Soluto: Despreciable

Factor Van't Hoff (i)

Glucosa: i = 1

NaCl: i = 2

CaCl₂: i = 3

Na₂SO₄: i = 3

Referencias Académicas

[1] Atkins, P. & de Paula, J. (2018). Atkins' Physical Chemistry (11th ed.). Oxford University Press. Cap. 5: Simple mixtures.
[2] Chang, R. & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill Education. Cap. 12: Physical Properties of Solutions.
[3] Yaws, C. L. (2015). The Yaws Handbook of Vapor Pressure: Antoine Coefficients (2nd ed.). Gulf Professional Publishing. (Parámetros para presión de vapor).
[4] CRC Handbook of Chemistry and Physics (104th ed., 2023–2024). CRC Press. Tablas de constantes crioscópicas y ebulloscópicas.

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