Fundamentos de Solubilidad y Propiedades Coligativas en Disoluciones

Solubilidad: Conceptos Fundamentales

La solubilidad de una sustancia representa la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura específica. La relación entre la solubilidad y la temperatura varía según el estado de la materia del soluto y el disolvente:

• Para sólidos: Generalmente, a mayor temperatura, mayor solubilidad.
• Para líquidos y gases: Generalmente, a mayor temperatura, menor solubilidad.

Además, para líquidos y gases, la solubilidad también se ve afectada por la presión: a mayor presión, mayor solubilidad.

Propiedades Coligativas de las Disoluciones

Al añadir un soluto a un disolvente, las propiedades de este último se modifican. Se pueden distinguir cuatro propiedades coligativas, y todas ellas dependen exclusivamente de la concentración del soluto, no de su naturaleza química. Estas son:

• Descenso de la Presión de Vapor
• Descenso Crioscópico (Punto de Congelación)
• Aumento Ebulloscópico (Punto de Ebullición)
• Presión Osmótica

1. Descenso de la Presión de Vapor

El descenso de la presión de vapor es una propiedad coligativa que establece que, al disolver un soluto no volátil en un disolvente, la presión de vapor de este último disminuye. Esto se debe a que las moléculas de soluto dificultan el escape de las moléculas de disolvente al estado gaseoso. Este fenómeno se describe mediante la Ley de Raoult y se demuestra con la siguiente fórmula:

ΔP = Pº - P' = Pº * X_soluto

Donde:

• ΔP es el descenso de la presión de vapor.
• Pº es la presión de vapor del disolvente puro.
• P' es la presión de vapor de la disolución.
• X_soluto es la fracción molar del soluto.

2. Descenso Crioscópico (Punto de Congelación)

El descenso crioscópico es una propiedad coligativa que indica que, al añadir un soluto no volátil a una disolución, su punto de congelación disminuye. Dado que la presión de vapor de la disolución es menor, el disolvente debe enfriarse más para que su presión de vapor iguale la de la fase sólida. Por lo tanto, el punto de congelación de una disolución es inferior al del disolvente puro. Se expresa con la fórmula:

ΔT_c = T_cº - T_c' = K_c * m

Donde:

• ΔT_c es el descenso del punto de congelación.
• T_cº es el punto de congelación del disolvente puro.
• T_c' es el punto de congelación de la disolución.
• K_c es la constante crioscópica (constante molal de descenso del punto de congelación), expresada en ºC·kg/mol.
• m es la molalidad de la disolución (moles de soluto por kilogramo de disolvente).

3. Aumento Ebulloscópico (Punto de Ebullición)

El aumento ebulloscópico es una propiedad coligativa que establece que, al añadir un soluto no volátil a una disolución, su punto de ebullición aumenta. Esto se debe a que la presión de vapor de la disolución es menor que la del disolvente puro. Para que la disolución hierva (es decir, para que su presión de vapor iguale la presión atmosférica), se requiere una temperatura mayor. Por lo tanto, el punto de ebullición de una disolución es superior al del disolvente puro. Se expresa con la fórmula:

ΔT_e = T_e' - T_eº = K_e * m

Donde:

• ΔT_e es el aumento del punto de ebullición.
• T_e' es el punto de ebullición de la disolución.
• T_eº es el punto de ebullición del disolvente puro.
• K_e es la constante ebulloscópica (constante molal de aumento del punto de ebullición), expresada en ºC·kg/mol.
• m es la molalidad de la disolución.

4. Presión Osmótica

Se denomina ósmosis al fenómeno que se produce cuando se colocan dos disoluciones de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable. La disolución menos concentrada comienza a difundir disolvente hacia la más concentrada, buscando igualar las concentraciones.

La presión osmótica (Π) es la presión que debe ejercerse sobre la disolución más concentrada para impedir el proceso de ósmosis. En su investigación, se comprobó que se comportaba de manera similar a la presión de los gases ideales. Por lo tanto, se representa con la ecuación de Van 't Hoff:

ΠV = nRT

Esta ecuación se puede simplificar a:

Π = nRT/V

O, considerando que n/V es la molaridad (M):

Π = MRT

Donde:

• Π es la presión osmótica (en atmósferas o Pascales).
• V es el volumen de la disolución (en litros).
• n es el número de moles de soluto.
• R es la constante de los gases ideales (0.0821 L·atm/(mol·K) o 8.314 J/(mol·K)).
• T es la temperatura absoluta (en Kelvin).
• M es la molaridad de la disolución (moles de soluto por litro de disolución).