Back to chapter

12.12:

Electrolitos: Factor de van't Hoff

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Electrolytes: van’t Hoff Factor

Languages

Share

Las propiedades coligativas de una solución dependen del número real de partículas de soluto disueltas. Para un no electrolito, cada molécula de soluto que se disuelve produce una molécula de soluto disuelta. Sin embargo, los electrolitos iónicos, como el cloruro de sodio, se disocian en iones cuando se disuelven, mientras que el gas amoniaco, un electrolito covalente, reacciona con el agua para liberar iones de amonio e hidróxido en solución.Entonces, para los electrolitos, cada molécula de soluto que se disuelve produce más de una partícula de soluto disuelta. Por lo tanto, una solución de 1 molar de un no electrolito, como la dextrosa, tendrá 1 mol de moléculas de dextrosa en una solución de 1 litro, mientras que una solución de 1 molar de un electrolito como el cloruro de potasio se disociará en casi 1 mol de iones de potasio y 1 mol de iones cloruro, es decir un total de 2 moles de iones en una solución de 1 litro. Con el doble de partículas de soluto, la presión osmótica de una solución de cloruro de potasio de 1 molar será el doble que la de una solución de dextrosa de 1 molar.La relación entre los moles de partículas que forma un soluto que se disuelve en una solución y los moles de soluto que se agregan para formar una solución se llama factor de van’t Hoff, representado por i. Se calcula dividiendo el valor medido de una propiedad coligativa por el valor calculado a partir de una fórmula. Considere la depresión del punto de congelación de una solución de cloruro de potasio.La depresión del punto de congelación, ΔTf, se calcula multiplicando el factor de van’t Hoff para el cloruro de potasio con la constante molal de depresión del punto de congelación y la molalidad del soluto. Si i es 2 y la depresión del punto de congelación constante para el agua es 1, 86 grados Celsius por molal, se calcula que la depresión del punto de congelación de una solución de cloruro de potasio de 0, 100 molal es de 0, 372 grados Celsius. Sin embargo, la depresión del punto de congelación medida en una solución de cloruro de potasio 0, 100 molal es de 0, 344 grados Celsius.Esta diferencia existe porque cuando un electrolito se disocia en iones en solución, algunos de los cationes y aniones se recombinan. Este fenómeno se llama apareamiento de iones. Los electrolitos fuertes con iones muy cargados, como el cloruro de hierro y el sulfato de magnesio, pueden formar interacciones electrostáticas fuertes y, por lo tanto, tienen una mayor tendencia a formar pares de iones.Para los electrolitos débiles, como el hidróxido de amonio, la disociación en iones es incompleta. Por lo tanto, tanto para los electrolitos fuertes como los débiles, el factor de van’t Hoff es menor de lo esperado.

12.12:

Electrolitos: Factor de van't Hoff

Propiedades coligativas de los electrolitos

Las propiedades coligativas de una solución dependen sólo del número, no de la identidad, de las especies solutos disueltas. Los términos de concentración en las ecuaciones para varias propiedades coligativas (depresión del punto de congelación, elevación del punto de ebullición, presión osmótica) pertenecen a todas las especies solutos presentes en la solución. Los no electrolitos se disuelven físicamente sin disociación ni ningún otro proceso que lo acompañe. Cada molécula que disuelve produce una molécula de soluto disuelto. La disolución de un electrolito, sin embargo, no es tan simple, como se ilustra en los dos ejemplos comunes a continuación:

Eq1

Considerando el primero de estos ejemplos, y suponiendo una disociación completa, una solución acuosa de NaCl 1,9m contiene 2,0 moles de iones (1,0 mol Na+ y 1,0 mol Cl) por cada kilogramo de agua, y se espera que la depresión de su punto de congelación sea

Eq2

Sin embargo, cuando esta solución es realmente preparada y se mide la depresión de su punto de congelación, se obtiene un valor de 3,4 °C. Se observan discrepancias similares para otros compuestos iónicos, y las diferencias entre los valores de las propiedades coligativas medidos y esperados suelen ser más significativas a medida que aumentan las concentraciones de soluto. Estas observaciones sugieren que los iones del cloruro de sodio (y otros electrolitos fuertes) no están completamente disociados en solución.

Para explicar esto y evitar los errores que acompañan a la asunción de la disociación total, se utiliza un parámetro medido experimentalmente nombrado en honor del químico alemán galardonado con el Premio Nobel Jacobus Henricus va Non Hoff. El factor Van Hoff (i) se define como la relación entre las partículas de soluto en solución y el número de unidades de fórmula disueltas:

Eq3

En 1923, los químicos Peter Debye y Erich Hückel propusieron una teoría para explicar la aparente ionización incompleta de los electrolitos fuertes. Sugirieron que aunque la atracción interiónica en una solución acuosa se reduce en gran medida por la solvatación de los iones y la acción aislante del disolvente polar, no se anula completamente. Las atracciones residuales impiden que los iones se comporten como partículas totalmente independientes. En algunos casos, un ion positivo y uno negativo pueden llegar a tocarse, dando una unidad solvatada llamada par iónico. Por lo tanto, la actividad —o la concentración efectiva— de cualquier tipo particular de ión es menor que la indicada por la concentración real. Los iones se separan cada vez más a medida que la solución se diluye y las atracciones interiónicas residuales se vuelven cada vez menores. Así, en soluciones extremadamente diluidas, las concentraciones efectivas de los iones (sus actividades) son esencialmente iguales a las concentraciones reales. Para soluciones de 0,05 m, el valor de i para NaCl es 1,9, frente a un valor ideal de 2.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 11.4: Propiedades Colligativas.

Suggested Reading

  1. Van Houten, Josh. "A century of chemical dynamics traced through the Nobel Prizes. 1901: Jacobus van't Hoff." Journal of Chemical Education 78, no. 12 (2001): 1570.
  2. Harned, Herbert S. "Activity Coefficients And Colligative Properties Of Electrolytes." Journal of the American Chemical Society 44, no. 2 (1922): 252-267.
  3. Randall, Merle, and Clyve Allen. "The Interpretation Of The Colligative Properties Of Weak Electrolytes." Journal of the American Chemical Society 52, no. 5 (1930): 1814-1823.