Introducción

Relevancia del Tema

La presión de vapor, una de las propiedades coligativas de la materia, es un concepto fundamental en la química. Este fenómeno es responsable de innumerables situaciones cotidianas, como la evaporación de líquidos, el proceso de ebullición y la humidificación del aire. Comprender y manipular la presión de vapor es crucial en diversas aplicaciones, como en la industria de combustibles, en la agricultura (en relación con la evaporación del agua de los suelos) e incluso en estudios climáticos. El estudio de esta propiedad es, por lo tanto, una puerta de entrada al entendimiento de diversos fenómenos.

Contextualización

En el ámbito del currículo de Química de la Enseñanza Media, la comprensión de las propiedades coligativas está inserta en el estudio de las soluciones, más específicamente, de las soluciones líquidas. La presión de vapor es una propiedad que sufre alteración debido a la disolución de un soluto no volátil en un solvente volátil. Este conocimiento es un requisito previo para cualquier estudio profundo sobre soluciones químicas. El tema está situado en el contexto más amplio de los estudios de transformaciones físicas y químicas de la materia.

Desarrollo Teórico

Componentes

• Soluciones Químicas: Una solución química está formada por la mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia en mayor cantidad es denominada solvente, y las demás, presentes en menor cantidad, son los solutos.

• Soluto no volátil: Soluto que no se evapora fácilmente en condiciones normales de temperatura y presión.

• Solvente volátil: Solvente que tiene la capacidad de evaporar a una temperatura y presión relativamente bajas.

• Presión de Vapor: Es la presión que la fase de vapor de un líquido ejerce sobre el medio. Cuanto mayor sea la presión de vapor, más volátil será el líquido.

Términos Clave

• Presión de Vapor de Equilibrio: Es la presión que el vapor ejerce dentro de un recipiente cerrado cuando la tasa a la cual el líquido evapora es igual a la tasa a la cual el vapor se condensa.

• Ebulioscopia: Es el estudio del aumento del punto de ebullición de un solvente debido a la adición de un soluto no volátil.

• Tonoscopia: Es el estudio de la disminución de la presión de vapor de un solvente debido a la adición de un soluto no volátil.

Ejemplos y Casos

• Ley de Raoult: Según esta ley, la presión de vapor de un solvente volátil, en equilibrio con el soluto no volátil, es igual a la presión de vapor pura del solvente multiplicada por su coeficiente de actividad.

• El proceso de cocción de alimentos: Durante la cocción de alimentos en agua, la adición de sal al agua hace que la presión de vapor disminuya. Esto hace que el agua tarde más en alcanzar el punto de ebullición, prolongando el tiempo de cocción.

• La combustión de gasolina en motores de automóviles: La adición de sustancias como el etanol a la gasolina ayuda a disminuir la presión de vapor del combustible, facilitando la combustión en motores de alta potencia.

Resumen Detallado

Puntos Relevantes

• Definición de Soluciones Químicas: Una solución química es una mezcla homogénea compuesta por un solvente y uno o más solutos. El estudio de las propiedades coligativas se da justamente en este contexto.

• Propiedades Coligativas: Son aquellas que dependen del número de partículas de soluto y no de su naturaleza. Incluyen la disminución de la presión de vapor, el aumento del punto de ebullición, la disminución del punto de congelación y la presión osmótica.

• Soluciones no ideales: La Ley de Raoult, que proporciona las bases teóricas para el estudio de las propiedades coligativas, es válida solo para soluciones ideales, en las que se asume que la interacción entre las moléculas del soluto y del solvente, y entre las moléculas del soluto, son iguales. Para soluciones no ideales, este supuesto no es válido y la ecuación debe modificarse.

• Presión de Vapor de Equilibrio: La presión de vapor de equilibrio es la presión que el vapor de la fase gaseosa de un líquido ejerce sobre el líquido en estado de equilibrio. Este concepto es fundamental para entender las propiedades coligativas.

Conclusiones

• Influencia del soluto volátil en la presión de vapor del solvente: La adición de un soluto no volátil a un solvente volátil causa la disminución de la presión de vapor de equilibrio. Esto ocurre porque la presencia del soluto dificulta la evaporación del solvente, ya que hay menos moléculas del solvente en la superficie.

• Ley de Raoult: Bajo ciertas condiciones, la presión de vapor de un solvente, en equilibrio con un soluto no volátil, es igual a la presión de vapor pura del solvente multiplicada por su coeficiente de actividad.

• Aplicaciones prácticas: La comprensión de la presión de vapor es crucial en muchas situaciones prácticas, como en el desarrollo de combustibles, en la preparación de comidas e incluso en el control de la humedad del suelo en la agricultura.

Ejercicios

1. Describa la influencia de la adición de un soluto no volátil en un solvente volátil en la presión de vapor del solvente.

2. Dé un ejemplo cotidiano que ilustre la aplicación de la Ley de Raoult.

3. Un estudiante mezcla 500g de agua (pura) y 500g de etanol (puro). La presión de vapor del agua pura es de 23,8 mmHg a 25 °C y la presión de vapor del etanol puro es de 59 mmHg a la misma temperatura. Suponiendo que el sistema es ideal, ¿cuál será la presión de vapor del sistema después de la mezcla? (Dato: Ponderación del agua = 18 g/mol; ponderación del etanol = 46 g/mol).