Uso de propiedades coligativas para determinar la masa molar

Propiedades coligativas

Cualquiera que viva en un lugar frío, como yo, conoce el peligro de las carreteras y aceras heladas. Para evitar que los automóviles y las personas se deslicen, las carreteras a menudo se tratan con sal. La sal derrite el hielo y hace que las carreteras y aceras sean mucho más seguras. ¿Te has preguntado alguna vez por qué? La sal se ha disuelto en el hielo y ha creado una solución de lodo helado. La sal es un soluto que ha afectado la propiedad del solvente puro. Esta propiedad es una propiedad coligativa. Una propiedad coligativa es una propiedad que depende del número de partículas de soluto presentes, pero no del tipo de partícula. En otras palabras, cuantas más partículas de soluto haya en la solución, mayor será el efecto. No se preocupe si esto no tiene mucho sentido ahora; veremos esto más en la siguiente parte de la lección. Las propiedades coligativas incluyen:

• Reducción de la presión de vapor
• Elevación del punto de ebullición
• Depresión del punto de congelación
• Presión osmótica

En esta lección, nos centraremos en la depresión del punto de congelación y veremos cómo se puede utilizar para calcular la masa molar de una sustancia desconocida.

La ecuación para calcular la depresión del punto de congelación.

Depresión del punto de congelación

Ahora, sabemos que en condiciones normales, el agua se congela a 0 ° Celsius, pero cuando agregamos algo de sal u otro tipo de soluto, la temperatura de congelación baja. El hielo se forma por debajo del punto de congelación normal y permanece líquido a una temperatura más fría. Esto se denomina depresión del punto de congelación y es la disminución del punto de congelación de un disolvente debido a la presencia de partículas de soluto. Cuando un soluto se disuelve en un solvente, el cambio en la temperatura de congelación se calcula fácilmente usando la siguiente ecuación:

Repasemos esta ecuación. Lo primero que hay que notar es el signo negativo; esto se debe a que el punto de congelación baja, por lo que el cambio de temperatura, o Δ T, debe ser un número negativo. El símbolo i se refiere a la cantidad de moléculas o iones en los que se divide el soluto cuando se disuelve. Entonces, con suerte, puede ver que cuantas más partículas se descomponen, mayor será el efecto sobre el cambio de temperatura. K f es la constante de depresión del punto de congelación y cada solvente tiene su propio valor de K f. (Y le complacerá saber que nunca tendrá que recordar estos valores; siempre puede buscarlos). Y el símbolo final es m, la molalidad de la solución. Este es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente. Entonces, veamos un ejemplo:

• Cuando se agregan 20 g de NaCl a 100 g de agua, ¿cuál es el cambio en el punto de congelación del agua? (K f = 1,86 ° C / m)

Bien, para abordar esto, saquemos de nuevo la ecuación de depresión del punto de congelación. Por lo tanto, se nos da K f y tenemos que averiguar m y i. En primer lugar, la molalidad: recuerde que este es el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente. Es la medida de concentración. (No confunda esto con la molaridad más comúnmente utilizada). Para calcular la molalidad, primero necesitamos averiguar el número de moles de NaCl usando la masa y la masa molar. La masa molar de una sustancia suele expresarse en gramos de sustancia por mol. El NaCl tiene una masa molar de 58,5 g por mol. Podemos multiplicar la masa de NaCl en nuestra solución por uno sobre la masa molar para obtener el número de moles.

• Entonces, 20 g de NaCl * 1 mol de NaCl / 58.5 g de NaCl = 0.342 moles de NaCl.

Luego, calculamos la masa de solvente en kilogramos:

• 100 g de agua * 1 kg / 1000 g = 0,1000 kg de agua
• m = 0,342 moles de NaCl / 0,1000 kg de agua = 3,42 m

Para descubrir i, debemos recordarnos cómo se disuelve el NaCl. El NaCl es iónico y se descompone en iones en una solución.

• Por cada molécula de NaCl, se forman un iones de Na + y uno de Cl –.
• Entonces, i = 2.

Ahora, podemos simplemente volver a poner la información en nuestra ecuación de depresión del punto de congelación. Entonces tenemos:

• ΔT = -2 * 1,86 ° C / m * 3,42 m = -12,7 ° C

¡Vaya, eso es una disminución! En lugar de congelarse a 0 grados, esta agua salada no se congelará hasta que alcance casi -13 grados. No es de extrañar que la sal funcione tan bien en las carreteras.

Encontrar la masa molar

Ahora que sabe cómo usar esta ecuación para determinar el cambio en el punto de congelación, puede darle la vuelta a la ecuación y usar los datos de depresión del punto de congelación dados para calcular la masa molar de una sustancia desconocida. Hagámoslo ahora:

• Tiene una solución de agua de 500 g que contiene 10 g de un soluto no iónico desconocido. Su punto de congelación es de -0,5 ° C. ¿Cuál es la masa molar de la sustancia desconocida? (La K f del agua es 1.86 ° C / m)

Para calcular la masa molar, debemos calcular la concentración de la solución. Iremos paso a paso para que veas cómo llegamos. Primero, calculemos el cambio en el punto de congelación del solvente puro:

• Sabemos que el punto de congelación del agua pura es de 0 ° C, por lo -0.5 ° C – 0 ° C = -0.5 ° C.

Este es simplemente el punto de congelación de la solución menos el punto de congelación del solvente puro. En segundo lugar, calculemos la molalidad usando Δ T = -i * K f * m. Ahora, en el caso de que se preguntan donde el i fui, estamos trabajando con un soluto no iónico y por lo i = 1 y se puede ignorar en nuestros cálculos. Podemos darle la vuelta a la ecuación para que:

• m = – (-0,5 ° C ) / 1,86 ° C / m = 0,269 m

No redondearé en esta etapa, pero lo dejaremos (0,269 m ) en tres cifras significativas por ahora. Ahora, podemos calcular el número de moles de soluto. Entonces, ahora que tienes la molalidad, sabes:

Utilice estas ecuaciones para determinar la molalidad

• molalidad = moles de soluto / masa de disolvente en kg

Podemos cambiar esta ecuación para resolver los moles de soluto:

• moles de soluto = molalidad * masa de disolvente en kg
• Entonces, moles de soluto = 0.269 m * 0.5000 kg = 0.135 moles

Y finalmente, podemos calcular la masa molar. Tú lo sabes:

• masa molar = los gramos de una sustancia por mol
• Entonces, masa molar = 10 g / 0.135 moles
• Y la masa molar de la sustancia desconocida = 74,1 g / mol.

¡Woohoo, hemos terminado!

Resumen de la lección

Bien, echemos un vistazo a lo que hemos aprendido: Una propiedad coligativa es una propiedad que depende del número de partículas de soluto en una solución y no de la identidad de un soluto. La disminución de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, la depresión del punto de congelación y la presión osmótica son ejemplos de propiedades coligativas. En esta lección, nos enfocamos en la depresión del punto de congelación, que es la disminución del punto de congelación de un solvente debido a la presencia de partículas de soluto. Se puede calcular mediante la ecuación:

• ΔT = -i * K f * m, donde i es el número de partículas de soluto disueltas en solución, K f es la constante de depresión del punto de congelación y m es la molalidad.

Finalmente, vimos cómo se pueden usar los datos de depresión del punto de congelación para determinar la masa molar de una sustancia desconocida.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador