Propiedades Coligativas, Equilibrio Químico y Ley de los Gases: Conceptos Fundamentales

Propiedades Coligativas

Las propiedades coligativas son aquellas que están estrechamente relacionadas con el cambio de ciertas propiedades físicas en los solventes cuando se les agrega una cantidad determinada de un soluto no volátil.

• Aumento ebulloscópico: Es el aumento del punto de ebullición de un disolvente puro al formar una disolución con un soluto determinado.
• Presión osmótica: Es la presión que se necesita para detener la ósmosis del disolvente hacia la disolución.

Ley de Acción de Masas y Constante de Equilibrio

La ley de acción de masas establece que la velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las masas activas de las sustancias reaccionantes.

Constante de equilibrio químico (Kc) para la reacción:

Consideremos la siguiente reacción reversible:

aA + bB ⇌ cC + dD

Donde:

• A y B son los reactivos.
• C y D son los productos.
• a, b, c y d son los coeficientes estequiométricos.

Se define:

• k1: constante de velocidad de la reacción directa (de reactivos a productos).
• k-1: constante de velocidad de la reacción inversa (de productos a reactivos).

En el equilibrio, las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales:

Vf (productos) = Vf (reactivos)

k1[A]a[B]b = k-1[C]c[D]d

Por lo tanto, la constante de equilibrio (Kc) se expresa como:

Kc = k1/k-1 = [C]c[D]d / [A]a[B]b

Efecto de la Temperatura en el Equilibrio Químico

Reacciones Exotérmicas

En las reacciones exotérmicas (Q < 0):

• Un aumento de la temperatura (T) desplaza el equilibrio hacia los reactivos (-k).
• Una disminución de la temperatura (T) desplaza el equilibrio hacia los productos (+k).

Todo esto ocurre a presión constante.

Reacciones Endotérmicas

En las reacciones endotérmicas (Q > 0):

• Un aumento de la temperatura (T) desplaza el equilibrio hacia los productos (+k).
• Una disminución de la temperatura (T) desplaza el equilibrio hacia los reactivos (-k).

Cambios en la Concentración en Función de la Temperatura

• Reacciones exotérmicas:
  • Un aumento de T disminuye la concentración de los productos.
  • Una disminución de T aumenta la concentración de los productos.
• Reacciones endotérmicas:
  • Una disminución de T disminuye la concentración de los productos.
  • Un aumento de T aumenta la concentración de los productos.

Ecuación General de los Gases Ideales

La ecuación general de los gases ideales se deduce a partir de la combinación de las leyes de Boyle y Charles.

1. Ley de Boyle (proceso isotérmico a temperatura T1):

Partiendo de un estado inicial (V1, P1) a un estado intermedio (V'1, P2), se cumple:

P1V1 = P2V'1

2. Ley de Charles (aplicada al estado intermedio A'):

Relacionando el estado intermedio (V'1, T1) con el estado final (V2, T2), se cumple:

V'1/T1 = V2/T2

Despejando V'1 en ambas ecuaciones:

V'1 = P1V1/P2

V'1 = T1V2/T2

Igualando y agrupando variables:

P1V1/T1 = P2V2/T2 = constante = R

Donde R es la constante universal de los gases ideales. Siempre que consideremos un mol de un gas, la expresión PV/T tendrá siempre el mismo valor para todos los gases.

Por ejemplo, en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT: P = 1 atm, T = 273.15 K y V = 22.41 L para un mol), se tiene:

PV/T = (1 atm * 22.41 L) / 273.15 K = 0.082 atm L / K mol

La forma universal de escribir la ecuación general de los gases ideales es:

PV = nRT

Donde:

• P: presión.
• V: volumen.
• n: número de moles.
• R: constante universal de los gases ideales.
• T: temperatura.