Propiedades Coligativas. Osmosis y presión osmótica

Osmosis y presión osmótica

Si una disolución se pone cuidadosamente en contacto con su disolvente o con una disolución más diluida, al cabo de un tiempo, debido al movimiento de las moléculas, el soluto se ha repartido uniformemente por todo el líquido y se obtiene una única disolución. Si la disolución y el disolvente están separados por un tabique poroso, las moléculas de los dos componentes se difunden a través de los poros del tabique y de nuevo obtenemos una única disolución. Pero si la disolución y el disolvente están separados por una membrana semipermeable, que sólo deja pasar las moléculas del disolvente, la homogeneización del sistema no puede realizarse y tiene lugar un flujo neto de disolvente hacia la disolución. Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis.

El proceso de osmosis diluye la disolución y aumenta su volumen, y si el nivel de la misma se eleva respecto al del disolvente, se produce una presión hidrostática que intensifica la tendencia de las moléculas del disolvente en la disolución a pasar hacia el disolvente puro; por tanto, puede llegar un momento en que ambos flujos de moléculas de disolvente sean iguales; entonces se establece un estado de equilibrio. Este equilibrio puede alcanzarse, desde un principio, si se aplica sobre la disolución una presión adecuada que iguale el flujo de disolvente en ambos sentidos; esta presión se denomina presión osmótica, la cual es una magnitud que depende de la concentración molar de la disolución y de la temperatura, y es independiente de la naturaleza del disolvente y del soluto.

El estudio sistemático de las disoluciones, realizado por Van't Hoff, en 1885, le llevó a la conclusión de que, en disoluciones diluidas, la presión osmótica obedece a la expresión:

en donde  pi es la presión osmótica; V es el volumen de la disolución que contiene n moles de soluto; R la constante de los gases; y T la temperatura absoluta.

Determinación de masas molares a partir de propiedades coligativas

Las propiedades coligativas de las disoluciones, al depender del número de moléculas de soluto contenidas en una masa de disolvente, permiten hallar la masa molar del soluto disuelto. En la entrada anterior hallamos las masas molares de sustancias gaseosas, pero la mayor parte de las sustancias son sólidos que no pueden vaporizarse y su masa molar se determina por los métodos que a continuación vamos a estudiar.

Crioscopia y ebulloscopia

La crioscopia es el método que permite determinar la masa molar de una sustancia a partir del descenso del punto de congelación, y la ebulloscopia es el método que permite averiguar la masa molar de una sustancia partiendo de la elevación del punto de ebullición.

De acuerdo con las ecuaciones estudiadas anteriormente podemos escribir:

siendo At el descenso crioscópico o el aumento ebulloscópico, y k, la constante crioscópica o ebulloscópica correspondiente.

Si md es la masa del disolvente en gramos, ms es la masa del soluto en gramos y M es la masa molar del soluto, tenemos que:

Los métodos crioscópico y ebulloscópico de determinación de masas molares precisan termómetros que aprecien directamente centésimas de grado en la región del punto de congelación o de ebullición del disolvente utilizado. Esto exige disponer de un termómetro distinto para cada método utilizado y cada disolvente, tal como un termómetro entre -1 °C y -5 °C para crioscopias en agua; otro entre 97° y 103 °C para ebulloscopias en agua, etc., pues no es posible disponer de un termómetro que aprecie centésimas de grado y tenga una columna que abarque tan sólo veinte grados, ya que debería tener una longitud excesivamente larga. No obstante, como únicamente se precisa conocer diferencias de temperatura y no las verdaderas temperaturas de congelación o de ebullición del disolvente y de la disolución investigada, se emplea frecuentemente el termómetro de Beckman, que tiene una precisión de 0,002 °C.

Masa molar a partir de la presión osmótica

En disoluciones muy diluidas se cumple la ecuación de Van't Hoff:

O sea:

de la cual se deduce:

Las medidas de la presión osmótica se usan bastante para determinar las masas molares de sustancias polimerizadas, en las que la concentración molar del soluto es muy pequeña. Consideremos, por ejemplo, una disolución de 10 g de un polímero de masa molar 10 000 g/mol, disuelto en 1 kg de agua. Esta disolución tendría una molalidad de 0,0010; su presión osmótica sería 19 mm Hg, en comparación con un descenso del punto de congelación de sólo 0,0019 °C. La dificultad principal para realizar medidas de presión osmótica es encontrar membranas semipermeables lo bastante fuertes para resistir la presión.