Propiedades coligativas

INTRODUCCION

Los estudios teóricos y experimentales han permitido establecer, que los líquidos poseen propiedades físicas características. Entre ellas cabe mencionar, la densidad, la propiedad de ebullir, congelar y evaporar, la viscosidad la capacidad de conducir la corriente eléctrica, etc.

Cada líquido presenta valores característicos, es decir, constantes, para cada una de estas propiedades.

Cuando un soluto y un solvente dan origen a una solución, la presencia del soluto determina una modificación de estas propiedades con relación a su estado normal en forma aislada, es decir, liquido puro. Estas modificaciones se conocen como propiedades de una solución.

Las propiedades de las soluciones se clasifican en dos grandes grupos:

1. Propiedades constitutivas: son aquellas que dependen de la naturaleza de las partículas disueltas. Ejemplo: viscosidad, densidad, conductividad eléctrica etc.

2. Propiedades coligativas o colectivas: dependen del numero de las partículas (moléculas, átomos o aniones) disueltas en una cantidad fija de solvente.

Podemos decir que las propiedades coligativas también son por definición las propiedades que dependen solo de la concentración de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del mismo (Chang, 2007). Las propiedades coligativas son 4: disminución de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, la disminución del punto de congelación y la presión osmótica. Para las diferentes propiedades existen numerosas aplicaciones, en diferentes campos científicos, industriales e incluso en la vida diaria.

La presión osmótica es la presión que se necesita para detener la ósmosis, la cual es el paso selectivo de moléculas del disolvente a través de una membrana porosa semipermeable desde una disolución diluida hacia una mayor concentración (Chang, 2007). Varias de las aplicaciones de esta propiedad se dan en la industria farmacéutica, al enfocarse en la producción de medicamentos laxantes, por ejemplo la solución de luctuosa. La luctuosa es una sustancia específica no absorbible del colon, donde las bacterias colónicas degradan en parte a la luctuosa produciendo ácido láctico y otros ácidos orgánicos simples que en conjunto producen un efecto osmótico y laxante. Una de las derivaciones de este procedimiento es el tratamiento para reducir el amonio en la sangre, al usar la acidificación del colon por medio de la luctuosa para captar el amoníaco que emigra de la sangre al colon acoplándose finalmente al efecto osmótico laxante de la degradación de la luctuosa (Gennaro, 2003). Otra de las aplicaciones en la industria farmacéutica es en la producción de colirios, como por ejemplo el Ophthalgan de Wyeth-Ayerst, la cual es glicerina oftálmica usada en la limpieza de córneas edematosas por su efecto osmótico.

Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite:

a) Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada.

b) Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes.

c) Determinar masas molares de solutos desconocidos.

d) Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo.

e) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos.

f) Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general.

En nuestra investigación estudiaremos a fondo las propiedades coligativas, así como también algunas propiedades constitutivas y basándonos en los ejemplos esclareceremos cómo están inmersas estas propiedades en la industria farmacéutica.

1. PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LOS LÍQUIDOS, DEFINIR Y SUS ECUACIONES. ¿QUE SIGNIFICA LA PALABRA "COLIGATIVA"?.

1.1 Propiedades coligativas

En química se llaman propiedades coligativas a aquellas propiedades de una disolución que dependen únicamente de la concentración. Generalmente expresada como concentración equivalente, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales, y no de la composición química del soluto.

Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor, que es la presión que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida, cuando el líquido se encuentra en un recipiente cerrado. La presión de vapor depende del solvente y de la temperatura a la cual sea medida (a mayor temperatura, mayor presión de vapor). Se mide cuando el sistema llega al equilibrio dinámico, es decir, cuando la cantidad de moléculas de vapor que vuelven a la fase líquida es igual a las moléculas que se transforman en vapor.

1.2 Propiedades Coligativas más comunes de la química

1.2.1 Descenso de la presión de vapor

Cuando se prepara una solución con un solvente volátil y un soluto no volátil (que no se transformará en vapor) y se mide su presión de vapor, al compararla con la presión de vapor de su solvente puro (medidas a la misma temperatura y presión atmosférica), se observa que la solución es menor que la del solvente. Esto es consecuencia de la presencia del soluto no volátiles fenómeno observable es un aumento del punto de ebullición de la disolución.

Este efecto es el resultado de dos factores:

• La disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre.

• La aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente, dificultando su paso a vapor.

1.2.2 Descenso crioscópico

El soluto obstaculiza la formación de cristales sólidos, por ejemplo el líquido anticongelante de los que hacen descender su punto de congelación.

ΔT = Kf • m

M es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/kg).

ΔTf es el descenso del punto de congelación y es igual a Tf - T donde T es el punto de congelación de la solución y Tf es el punto de congelación del disolvente puro.

Kf es una constante de congelación del disolvente. Su valor, cuando el solvente es agua es 1,86 °C kg/mol.

Aplicación

Para enfriar algo rápidamente se hace una mezcla de hielo con sal o, si tiene precaución, alcohol. El punto de congelación bajará y el hielo se derretirá rápidamente. Pese a aparentar haberse perdido el frío, la mezcla formada estará en realidad a unos cuantos grados bajo cero y será mucho más efectiva para enfriar que los cubos de hielo sólidos. A pesar de que el hielo tiene una conductividad termina cuatro veces mayor que el agua liquida, esta contacta mejor el cuerpo a enfriar, por lo que la superficie para la transferencia de calor será mayor, lo que también contribuye al mejor enfriamiento logrado. Es una consecuencia del descenso de la presión de vapor.

El agua se congela a partir de los 0 °C, mientras que una solución formada por agua y sal se congelará a menor temperatura (de ahí que se utilice sal para fundir nieve o hielo con mayor facilidad)

Aplicación del frío en la congelación de alimentos

La congelación es la aplicación más drástica del frío

• Temperatura del alimento < punto de congelación

• Temperaturas de conservación mas o menos -20 °C

• Disminuye la actividad del agua (forma de hielo)

• No hay desarrollo microbiano, pero no destruye todas las bacterias

• Limita la acción de la mayoría de las reacciones químicas y enzimáticos

• Aumento de la vida útil de los alimentos

• Se mantienen las características organolépticas y valor nutritivo si el proceso de congelación y almacenamiento son los adecuados

• La Congelación es el mejor método para conservación a largo plazo

• La Congelación y almacenamiento realizados correctamente permiten la no variación de propiedades organolépticas y nutritivas y una vida útil elevada.

1.2.3 Aumento ebulloscópico

Al agregar moléculas o iones a un solvente puro la temperatura en el que éste entra en ebullición es más alto. Por ejemplo, el agua pura a presión atmosférica ebulle a 100 °C, pero si se disuelve algo en ella el punto de ebullición sube algunos grados centígrados.

ΔTb = Kb • m

m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/Kg.).

ΔTb es el aumento del punto de ebullición y es igual a T - Tb donde T es el punto de ebullición de la solución y Tb el del disolvente puro.

Kb es una constante de ebullición del disolvente. Su valor cuando el solvente es agua es 0,512 °C kg/mol.

Aplicación

Cuando un mol de una sal se disuelve en solución, el efecto del aumento del punto de ebullición es aún mayor, pues la sal hará un efecto tal que será el total de las partes que se disuelven. Por ejemplo, el NaCl será disuelto en un mol de sodio y un mol de cloro, un total de dos moles en solución.

El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un solvente o solución iguala la presión

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