Cálculo de la elevación del punto de ebullición de una solución

Antecedentes y revisión

Una sustancia pura tiene un punto de ebullición específico a 1 atm. Para el agua es de 100 grados Celsius, para el etanol es de 78,4 grados Celsius. ¿Qué sucede con el punto de ebullición de una solución hecha de esas dos sustancias?

El punto de ebullición de una solución varía según la cantidad de cada sustancia presente. Sin embargo, hay dos cosas que siempre son ciertas: el punto de ebullición de una solución es siempre más alto que el de la sustancia pura y se puede calcular con relativa facilidad. Antes de sumergirnos en las ecuaciones, repasemos un par de ideas importantes con respecto a las soluciones.

Una solución es una mezcla homogénea entre dos sustancias. El soluto es una pequeña cantidad de sustancia que se disuelve en otra. El solvente es el líquido que disuelve el soluto y se presenta en gran cantidad.

Si estuviera preparando leche con chocolate agregando dos onzas de jarabe de chocolate a ocho onzas de leche, el jarabe es el soluto y la leche es el solvente.

Una de las propiedades más importantes de una solución es la relación de soluto a disolvente, también conocida como concentración . La letra ‘m’ representa la molalidad ( m ) , que es un medio para expresar la concentración que compara moles de soluto con kilogramos de solvente. La ecuación de la molalidad es: m = mol de soluto / kg de disolvente .

La ecuación de elevación del punto de ebullición

La ecuación bastante simple para determinar el punto de ebullición de una solución: delta T = m K b .

Delta T se refiere a la elevación del punto de ebullición , o cuánto mayor es el punto de ebullición de la solución que el del solvente puro. Las unidades son grados Celsius.

K b es la constante de elevación del punto de ebullición molal. El valor de K b depende del tipo de disolvente presente y nada más. Dado que es una constante, su valor es siempre el mismo; busca K b para el solvente involucrado en una solución e inserta el número. Tiene las unidades grados Celsius kg / mol. Aquí hay una tabla de algunos solventes comunes, sus puntos de ebullición normales y las constantes de elevación del punto de ebullición molal.

Por último, m se refiere a la molalidad. Las unidades son mol / kg. La molalidad es un concepto importante para determinar el punto de ebullición de una solución. Esto se debe a que la cantidad de soluto presente es lo que determina el punto de ebullición. La identidad del solvente no es importante.

Ejemplo de elevación del punto de ebullición

Imaginemos que necesitamos determinar el punto de ebullición de una solución compuesta por 36 gramos de glucosa disueltos en 300 gramos de agua. Hagamos una lista de toda la información que conocemos sobre este problema y luego lo solucionaremos.

• La glucosa es nuestro soluto y el agua es el solvente.
• K b para el agua es de 0,51 grados Celsius kg / mol.
• La masa molar de glucosa es 180 g / mol.
• El punto de ebullición del agua es de 100 grados Celsius.
• La ecuación para la elevación del punto de ebullición es delta T = m K b .

Estudiemos la ecuación por un segundo. Estamos resolviendo para delta T y ya tenemos K b . Todo lo que tenemos que hacer es determinar la molalidad e insertarla en la ecuación.

molalidad = moles de soluto / kg de disolvente

Para encontrar los moles de soluto dividimos 36 gramos de glucosa por la masa molar de glucosa, o 180 g / mol. Esto es igual a 0,20 moles de glucosa.

Para encontrar los kg de solvente, solo necesitamos convertir nuestros 300 gramos de agua en kilogramos. Como hay 1000 gramos en un kilogramo, podemos encontrar nuestros kilogramos de solvente dividiendo 300 gramos de agua por 1000 gramos para obtener 0.3000 kilogramos de agua.

Ahora, podemos introducir nuestro mol de soluto o kg de disolvente en nuestra ecuación de molalidad:

molalidad = 0,20 mol de glucosa / 0,3000 kg de agua = 0,67 mol / kg

Ahora que tenemos nuestra molalidad, podemos insertarla en la ecuación de elevación del punto de ebullición para encontrar delta T, que equivale a 0,51 grados Celsius kg / mol x 0,67 mol / kg.

Delta T = 0,34 grados Celsius.

¡Excelente! Hemos encontrado que el cambio de temperatura es de +.34 grados Celsius. Este, sin embargo, no es el nuevo punto de ebullición. Para encontrar eso, debemos agregar delta T al punto de ebullición del agua pura.

0,34 grados Celsius + 100 grados Celsius = 100,34 grados Celsius.

Soluciones que involucran electrolitos

Los electrolitos son compuestos iónicos que se rompen en sus iones constituyentes cuando se disuelven en agua. Esto complica nuestra ecuación de elevación del punto de ebullición, pero no mucho. Consideremos lo que podría suceder si preparamos una solución de cloruro de sodio (NaCl) en agua. Cuando la sal se disuelve en agua, se producen dos iones (Na + y Cl – ) por cada compuesto de NaCl disuelto. La división de los iones afecta la molalidad.

A veces, sin embargo, los iones no se disuelven completamente en solución. El factor de van’t Hoff es un número que representa la cantidad de iones producidos cuando un compuesto se disuelve en una solución. El factor de van’t Hoff está representado por i . Nuestra ecuación para la elevación del punto de ebullición se convierte en:

Delta T = i * m * K b

La mayoría de las veces, un problema que involucre una solución electrolítica supondrá la disociación completa del compuesto iónico. A veces, un problema requerirá el uso de un factor de van’t Hoff que explica la disociación incompleta.

Para una solución 0.05 molar de NaCl, por ejemplo, esperaríamos que la solución se disocie en una proporción de 1: 2, como se muestra en la siguiente imagen:

En realidad, la relación de disociación es 1: 1,9.

Un problema puede pedir que asuma una disociación completa, en cuyo caso usaría 2 para el valor de i . En otras ocasiones, es posible que deba utilizar un factor de van’t Hoff determinado si se supone una disociación incompleta. Estos valores se le deben proporcionar en una tabla o gráfico.

Resumen de la lección

El punto de ebullición de una solución se basa en el punto de ebullición del disolvente puro. El punto de ebullición de cualquier solución es siempre más alto que el punto de ebullición del solvente y se calcula usando la ecuación de elevación del punto de ebullición : Delta T = m K b .

Delta T es el cambio de temperatura en grados Celsius, m es la molalidad de la solución en mol / kg y K b es la constante de elevación molal del punto de ebullición del disolvente. Las unidades de K b son grados Celsius kg / mol.

K b es una constante exclusiva del disolvente. Se encuentra mirando una mesa. Una vez que se determina delta T, su valor se agrega al punto de ebullición del solvente puro.

Si un electrolito es el soluto, entonces la ecuación de elevación del punto de ebullición debe modificarse para tener en cuenta la disociación del electrolito. El factor de van’t Hoff , i , se agrega a la ecuación para soluciones electrolíticas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador