INTRODUCCIÓN: Frecuentemente Frecuentemente hemos escuchado acerca de punto de ebullición, tal vez de punto de congelación; congelación; pero pocas veces o en rara ocasión hemos oído hablar acerca de propiedades coligativas, coligativas, que justamente justamente los conceptos conceptos anteriormente mencionados, estas estas relacionados con dichas propiedades. A pesar que muchas veces hacemos uso y nos beneficiamos de las propiedades coligativas de forma indirecta, no sabemos realmente su gran utilidad, y sus diversas aplicaciones en diversos sectores de la producción o en la misma vida diaria. La presente monografía busca hacer conocer mucho más acerca de las propiedades coligativas, pero profundizando aún más en sus principales aplicaciones. ¿Qué son las propiedades Coligativas? Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño p equeño tamaño de las partículas dispersas. En general, forman disoluciones verdaderas verdaderas las 4 sustancias con un peso molecular inferior a 10 Dalton. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.). Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser ser modificadas por el soluto soluto (tensión superficial, superficial, índice de refracción, refracción, viscosidad, etc.). Sin embargo, hay otras propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas ll amadas propiedades coligativas. Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos. Las propiedades coligativas son:
El descenso de la presión de vapor. El aumento ebulloscópico. El descenso crioscópico La presión osmótica
LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS
El Descenso De La Presión De Vapor
La presión de vapor de un disolvente desciende desciende cuando se le añade un soluto no volátil. Este efecto es el resultado de dos factores: La disminución del número de moléculas del disolvente en la l a superficie libre La aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente, dificultando su paso a vapor.
Si representamos por P la presión de vapor del disolvente, P' la presión de vapor de la disolución y Xs la fracción molar del soluto, la ley de Raoult se expresa del siguiente modo:
De donde se obtiene que:
Con lo que:
Esta fórmula nos permite enunciar la ley de Raoult: la presión de vapor de la disolución es igual a la presión de vapor del disolvente por la fracción molar del disolvente en la disolución. Esta fórmula tiene validez para todas las l as disoluciones verdaderas. verdaderas. Cuando se trabaja con disoluciones diluidas como las biológicas, cuya molalidad oscila entre 0 y 0,4, se puede utilizar una fórmula aproximada. Si por ejemplo, la molalidad m = 0,4 hay 0,4 moles de soluto en 1000 g de agua, o lo que es lo mismo, 0,4 moles de soluto por cada 55,5 moles de agua, ya que 1000 g de agua (peso molecular =18) son 55,5 moles:
Por otro lado, la fracción molar del soluto (Xs) es:
y por lo tanto,
De acuerdo con esta fórmula, el descenso relativo de la presión de vapor es proporcional a la molalidad, si la disolución es diluída.
El Aumento Ebulloscópico
La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica (Figura de la derecha). Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición (Ver Figura de la tabla). La elevación de la temperatura de ebullición es proporcional a la fracción molar del soluto. soluto. Este aumento en la temperatura de ebullición (DTe) es proporcional a la concentración molal molal del soluto: DTe = Ke m La constante ebulloscópica (Ke) es característica de cada disolvente (no depende de la naturaleza del soluto) y para el agua su valor es 0,52 ºC/mol/Kg. Esto significa que una disolución molal de cualquier soluto no volátil en agua manifiesta una elevación ebulloscópica de 0,52 º C.
El Descenso Crioscópico
La temperatura de congelación de las disoluciones es más baja que la temperatura de congelación del disolvente puro (Ver Figura de la tabla). La congelación se produce cuando la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del sólido. Llamando Tc al descenso crioscópico y m a la concentración molal del soluto, se cumple que: T = K c m
c
siendo K c la constante crioscópica del disolvente. Para el agua, este valor es 1,86 ºC/mol/Kg. Esto significa que las disoluciones molales (m=1) de cualquier soluto en agua congelan a -1,86 º C.
La Presión Osmótica
La presión osmótica es la propiedad coligativa más importante i mportante por sus aplicaciones biológicas, pero antes de entrar de lleno en el estudio de esta propiedad propiedad es necesario revisar los conceptos de difusión y de ósmosis. Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo (Figura de la izquierda). En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a ttravés ravés de membranas, ya que la presencia pr esencia de las membranas biológicas condiciona condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras estructuras celulares celulares (Figura de la derecha). La presencia de una membrana separando dos medios diferentes impone ciertas restricciones al proceso de difusión de solutos, que dependerán fundamentalmente fundamentalmente de la relación entre el diámetro de los poros de la membrana y el tamaño de las partículas disueltas. Las membranas se clasifican en cuatro grupos: Impermeables: no Impermeables: no son atravesadas ni por solutos ni por el disolvente Semipermeables: no Semipermeables: no permiten el paso de solutos verdaderos, pero sí del agua Dialíticas: son Dialíticas: son permeables al agua y solutos verdaderos, pero no a los solutos coloidales Permeables: permiten el paso del disolvente y de solutos coloidales y verdaderos; sólo Permeables: permiten son impermeables a las dispersiones groseras
APLICACIONES DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS
Procesos Naturales:
-En el agua de mar: El descenso Crioscópico tiene importantes consecuencias consecuencias en el caso del agua de mar, porque la respuesta respuesta al enfriamiento intenso intenso del agua del océano, del océano, como como ocurre en el invierno de las regiones polares, es la separación de una fase sólida flotante de agua pura. Es así como como se forma la banquisa banquisa en torno a la Antártida la Antártida o al océano al océano Ártico, como Ártico, como un agregado compacto de hielo de hielo puro puro de agua, agua, con salmuera con salmuera llenando los intersticios, y flotando sobre una masa de agua líquida a menos de 0ºC (hasta un límite de -1,9ºC para una salinidad del 3.5%).
-En las Plantas: Seguramente, una de las propiedades coligativas cruciales para la vida es la presión osmótica que es especialmente importante en plantas. Las plantas son organismos fundamentales para la vida como fuente de alimentación y como generadores de oxígeno por fotosíntesis. Pero muchas plantas no poseen un esqueleto interno como nosotros, no obstante, tienen cierta rigidez que proviene del agua dentro de sus células. Las células de la planta cuentan unas membranas semi-permeables en el reborde r eborde y un límite más rígido pero permeable llamado pared celular. Por tanto las células de las plantas son capaces de modificar su salinidad o concentración de soluto y, por ello, el agua por ósmosis tenderá a entrar dentro de ella el solvente, en estos casos agua, hasta que el tamaño de la célula entre en contacto con la pared celular. Entonces, la pared celular se deformará ligeramente, pero al alcanzar su máxima deformación, se generará una presión confinante sobre el borde de la célula. En este punto es imposible que absorba más agua ya que la presión que haga el el agua para entrar será igual a la que realiza la pared para evitar que entre. En aquel momento se alcanza un equilibrio gracias a la presión realizada por la pared, una presión osmótica.
En anticonge anticongelantes: lantes:
La disminución de la temperatura de congelación de un disolvente un disolvente debido a la presencia de un soluto un soluto se usa para evitar la solidificación la solidificación del agua del aguade de refrigeración en los motores de combustión. combustión. En las regiones frías, donde la temperatura puede bajar de los 0 °C, se añaden sustancias al agua de refrigeración para rebajar su temperatura de congelación y evitar así que esta se congele, ya que, de producirse, el aumento del volumen del hielo podría romper el sistema de refrigeración. r efrigeración. Las sales Las sales muy solubles en agua, como el cloruro de calcio, podrían calcio, podrían ser apropiadas, ya que una disolución con un 30,5 % de CaCl 2 se congela a -50 °C. Sin embargo, no pueden usarse ya que corroen los metales. los metales. Como anticongelantes anticongelantes se usan disoluciones de etanol, de etanol, etilenglicol etilenglicol o glicerina, ya glicerina, ya que sus disoluciones al 36,5 % en peso, 39 % en volumen y 44,4 % en peso, respectivamente, congelan a partir de -25 °C. Si se desea disminuir más la temperatura de congelación se usan disoluciones de glicerina al 58 % que congelan a -50 °C. El más usado es el etilenglicol. En los circuitos de refrigeración de paneles de energía solar el anticongelante que se utiliza es el propilenglicol. el propilenglicol.
El descenso crioscópico también se aprovecha para eliminar capas de hielo de las carreteras, autopistas y pistas de aeropuertos. de aeropuertos. Para Para ellos se lanza cloruro lanza cloruro de sodio (NaCl) o de calcio (CaCl2) sobre las placas de hielo, con lo que se disminuye la temperatura de congelación y se funden las placas de hielo. Una ventaja del cloruro de calcio es que, cuando este se disuelve, libera gran cantidad de calor que ayuda a fundir más el hielo. Para eliminar las capas de hielo que se forman sobre los aviones también se usa el etilenglicol. el etilenglicol.
En Medicina:
-Análisis Clínicos Existen múltiples aplicaciones analíticas para el descenso crioscópico de los líquidos corporales (sangre, orina, (sangre, orina, lágrimas, lágrimas, etc.). etc.). Para realizar estas determinaciones se usa un aparato automatizado llamado crioscopio llamado crioscopio u osmómetro de punto de congelación que permite detectar en en poco tiempo variaciones variaciones de milésimas del del descenso descenso crioscópico. La prueba de osmolalidad de osmolalidad (concentración (concentración total de partículas) de la orina se practica para medir la concentración de partículas en ésta (urea y creatinina principalmente). creatinina principalmente). Un resultado mayor al normal puede indicar condiciones tales como la enfermedad de Addison, insuficiencia Addison, insuficiencia cardíaca congestiva o choque o choque circulatorio. Las circulatorio. Las medidas inferiores a los valores normales pueden indicar aldosteronismo, indicar aldosteronismo, diabetes diabetes insípida, excesiva insípida, excesiva ingesta de líquidos, de líquidos, necrosis necrosis tubular renal o pielonefritis o pielonefritis severa. La osmolalidad medida en el suero el suero sanguíneo depende principalmente del catión del catión sodio, sodio, Na+, y en menor medida de la glucosa la glucosa y la urea. la urea. El El margen de valores normales es de 280303 mOsm 303 mOsm/kg /kg..26 Si aumenta la glucosa en sangre (hiperglucemia, presente (hiperglucemia, presente en la diabetes) la diabetes) o la urea (patologías del riñón) riñón) su valor puede ser significativo. Los tóxicos como el metanol, el metanol, el isopropanol, el isopropanol, el etilenglicol, el etilenglicol, el propilenglicol el propilenglicol y la acetona, la acetona, y fármacos como el ácido el ácido acetilsalicílico pueden acetilsalicílico pueden afectar a la osmolalidad. osmolalidad .27 Este ensayo permite determinar, cuando los valores son superiores a lo normal, deshidratación, normal, deshidratación, diabetes insípida, hiperglucemia, insípida, hiperglucemia, hipernatremia, hipernatremia, consumo de metanol, consumo de etilenglicol, necrosis tubular renal, accidente cerebrovascular o traumatismo craneal que provoca deficiencia de hormona de hormona antidiurética (diabetes insípida) y uremia. y uremia. Cuando Cuando los valores están por debajo de lo normal puede determinar ingesta excesiva de líquidos, hiponatremia, líquidos, hiponatremia, sobrehidratación, sobrehidratación, síndromes paraneoplásticos asociados con el cáncer el cáncer de pulmón y el síndrome de secreción inadecuada de hormona antidiurética.
-Diálisis Cuando en la ósmosis, la membrana semipermeable permite el paso de pequeñas moléculas de soluto y de iones, reteniendo partículas mayores, como por ejemplo, partículas coloidales, el proceso se llama diálisis. Muchas paredes celulares vegetales y animales presentan este comportamiento y ésto es el fundamento del uso del riñón artificial. La sangre impura pasa a través de un tubo de celofán, que actúa como membrana semipermeable y que está sumergido en una disolución dializadora. Esta disolución contiene la misma concentración de iones y moléculas pequeñas esenciales esenciales que la sangre, por lo que quedan retenidas en ella, pero no contiene los productos de desecho que son normalmente removidos por los riñones. ri ñones. Las sales amoniacales, el ácido úrico,la urea,etc., dializan hacia la disolución y la sangre queda purificada.
En la Industria:
-Control de calidad industrial
El descenso crioscópico se utiliza en la industria para determinar masas determinar masas moleculares de productos químicos químicos que se fabrican, fabrican, al igual que que se hace a nivel nivel de laboratorio. También También se emplea para controlar la calidad de los líquidos: la magnitud del descenso crioscópico es una medida directa de la cantidad total de impurezas que puede tener un producto: a mayor mayor descenso crioscópico, crioscópico, más más impurezas contiene contiene la muestra analizada. analizada. En la industria la industria agroalimentaria, esta agroalimentaria, esta propiedad se aprovecha para detectar adulteraciones en la leche. la leche. La La leche se puede adulterar añadiendo agua añadiendo agua sin que sea apreciable a simple vista. Para detectar si se ha añadido agua se realiza una determinación de su temperatura de congelación que, en general, varía muy poco, poco,21 entre -0,530 °C y -0,570 °C para la leche de vaca, -0,570 vaca, -0,570 °C para la deoveja de oveja,,22 y entre -0,5466 °C y -0,5567 °C para la de cabra de cabra..23 Las variaciones dependen de la estación (siendo menor durante el invierno) y los contenido de sales en la alimentación del animal. animal.24 Ya que las temperaturas de congelación son características dentro de un margen muy estrecho, si se añade agua se diluye la leche, disminuyendo la concentración de solutos y aumentando la temperatura de congelación según la ley de Raoult, con lo que la l a adulteración puede ser detectada mediante medidas el descenso crioscópico.
-Osmosis Inversa En la industria se emplea la ósmosis la ósmosis inversa. Se inversa. Se trata de un procedimiento que invierte la difusión normal de disolvente desde la disolución diluida hacia la disolución concentrada, concentrada, aplicando una presión sobre la disolución concentrada que supera a la presión osmótica, osmótica, permitiendo el paso paso de disolvente disolvente desde la disolución disolución concentrada concentrada a la diluida. Los campos de aplicación de la ósmosis inversa son cada vez más numerosos. Las áreas de la ingeniería la ingeniería que más se han visto beneficiadas con estas aplicaciones son principalmente las industrias de los alimentos, los alimentos, del del papel, papel, la la biomedicina, biomedicina, la petroquímica, la petroquímica, la la nuclear nuclear y, y, entre otras, la de separación o purificación de gases, de gases, donde donde se obtiene hidrógeno obtiene hidrógeno de la disociación del amonio, del amonio, sulfuro sulfuro de hidrógeno delgas delgas natural de las refinerías, las refinerías, helio helio del gas natural, así como el enriquecimiento de oxígeno de oxígeno a partir del aire. del aire. También También cabe destacar la recuperación de sustancias valiosas en fluidos de desechos industriales. No obstante, la aplicación más importante es la desalinización del agua del agua salada marina para su potabilización, lo cual ha permitido abastecer con agua de calidad a poblaciones situadas en lugares donde los recursos hidráulicos son insuficientes.
En la vida diaria:
La elevación del punto de ebullición: En las ollas de presión trabaja a volumen constante por lo que aumentan la presión del d el agua que hay en ellas elevando su punto de ebullición.
El descenso Crioscópico: Se aprovecha también a la hora de limpiar la escarcha que se forma en los congeladores con el paso del tiempo. Añadiendo sal a esta escarcha formada por agua congelada, se deshelará más rápido y será más sencillo retirar la escarcha fundida.
CONCLUSION: El presente trabajo de investigación monográfico ha informado acerca de las propiedades coligativas coligativas y principalmente principalmente de las aplicaciones aplicaciones de dichas propiedades, propiedades, pudiendo saber saber que son de mucha utilidad para para diversos sectores, sectores, como la industria, industria, la medicina, entre otros. Además se ha explicado la gran importancia que tienen ti enen estas propiedades en la vida diaria y más aún en los procesos naturales como en el mar, o en el caso de las plantas. Llegando así a la conclusión que la vida en este planeta también dependen las propiedades coligativas. coligativas.
BIBLIOGRAFIA: BABOR, J. A.; Ibarz, J. (1979). Química General Moderna (8.ª edición). Barcelona: Marín CASTELLAN, G.; et ál. (2000). Fisicoquímica. Pearson Educación. Educación. ENGEL, T.; et ál. (2007). Introducción a la Fisicoquímica: Termodinámica. Pearson Pearson Educación. MARON, PRUTTON " fundamentos de fisicoquímica" LIMUSA, NORIEGA EDITORES México. 2007 Págs. 319-340 OLAYA, RUTH " Propiedades coligativas de las soluciones diluidas; algunos aspectos biológicos de la ósmosis y de la presión osmótica" Universidad Universidad Nacional Nacional de Colombia, Palmira. 1985
INDICE:
Introducción
Las Propiedades Coligativas
-El Descenso De La Presión De Vapor -El Aumento Ebulloscópico -El Descenso Crioscópico -La Presión Osmótica
Aplicaciones de las Propiedades Coligativas
-Procesos Naturales: -En el agua de mar -En las Plantas -En anticongelantes -En Medicina: -Análisis Clínicos -Diálisis -En la Industria: -Control de calidad industrial -Osmosis Inversa -En la vida diaria
Conclusión
Bibliografía
Univ ni ver sid si dad N acio ci onal nal de T r uji uj i llo ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
TEMA: APLICACIONES DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS
PROFESOR:
Dr. Jorge William Ortiz Linares
ALUMNO:
Reyes Benites Erick Raúl
CICLO: 2
CURSO:
Quimica II
2016