Las propiedades coligativas
Disolver un soluto en un líquido cambia algunas de sus propiedades de una forma que solo depende del número de partículas disueltas, no de su naturaleza. Son las propiedades coligativas: el descenso de la presión de vapor, el descenso del punto de congelación (crioscopia), el aumento del punto de ebullición (ebulloscopia) y la presión osmótica.
Las fórmulas
ΔTf = i × Kf × m
ΔTe = i × Ke × m
- m: molalidad, en moles de soluto por kilo de disolvente.
- Kf y Ke: constantes crioscópica y ebulloscópica, propias del disolvente.
- i: factor de van ’t Hoff, el número de partículas por unidad de soluto.
| Disolvente | Kf (°C·kg/mol) | Ke (°C·kg/mol) |
|---|---|---|
| Agua | 1,86 | 0,512 |
| Benceno | 5,12 | 2,53 |
| Ciclohexano | 20,0 | 2,79 |
| Etanol | 1,99 | 1,22 |
| Ácido acético | 3,90 | 3,07 |
Ejemplo resuelto
58,44 g de NaCl (1 mol) en 1 kg de agua:
- Molalidad: 1 mol/kg.
- El NaCl se disocia en Na⁺ y Cl⁻: i = 2.
- ΔTf = 2 × 1,86 × 1 = 3,72 °C: el agua congela a −3,72 °C.
- ΔTe = 2 × 0,512 × 1 = 1,02 °C: hierve a 101,02 °C.
Sal en las carreteras
Cuando nieva, las brigadas de vialidad esparcen sal o salmuera en carreteras y puertos de montaña. La sal disuelta en la película de agua baja su punto de congelación e impide que se forme hielo. En la práctica, el cloruro sódico es eficaz hasta unos −8 a −10 °C; con más frío se recurre al cloruro cálcico o magnésico, que liberan tres iones y además desprenden calor al disolverse.
Otras aplicaciones
- Anticongelante del coche: una mezcla de agua y etilenglicol al 50 % no congela hasta unos −37 °C.
- Helados caseros: hielo con sal alcanza unos −15 a −20 °C, suficiente para congelar la mezcla.
- Determinar masas molares: midiendo ΔTf de una disolución de masa conocida se despeja la masa molar del soluto, una práctica clásica de laboratorio con alcanfor o ciclohexano por su Kf alta.
- Agua de mar: con unos 35 g de sales por kilo, congela hacia −1,9 °C.
Limitaciones
Las fórmulas son exactas para disoluciones diluidas. En disoluciones concentradas los iones se asocian y el factor i real es menor que el teórico: para NaCl 1 mol/kg está más cerca de 1,8 que de 2. Además, el soluto no debe ser volátil para el cálculo ebulloscópico.
Mito de la cocina
Añadir sal al agua de la pasta no la hace hervir antes. Una cucharada en una olla de 3 litros sube el punto de ebullición apenas una décima de grado; la sal solo sirve para dar sabor.