ITESO

Departamento de Procesos Tecnológicos e Industriales

Química Inorgánica

Docente: Martín A. García

Autores: Hernández, Pablos / Miramontes, Malinaly

Propiedades coligativas de las soluciones: Presión osmótica

1. Introducción

Brown (2004) define el término “propiedades coligativas” – coligativo significa ‘que depende

de la colección’ – son propiedades físicas que dependen directamente de la cantidad (o

concentración) de materia presente en una disolución, sin importar la naturaleza de las partículas

del soluto.

Hay ciertas características especiales que presenta la presión osmótica en diferencia con

las otras tres propiedades coligativas. En su obra Química, Whitten (2008) nos explica con el

siguiente ejemplo:

“Para comenzar, imagínese que posee un total de 50.0g de sacarosa y – usted como ingeniero

– prepara una disolución a 1.25m de C12H22O11.”

Ahora, partiremos a mostrar las cuatro propiedades coligativas con esta información

Abatimiento de la presión vapor 0.524 torr

Elevación del punto de ebullición 0.640 ºC

Depresión del punto de congelación 2.32 ºC

Presión osmótica 28.6 torr

Si analizamos los datos arrojados, las primeras propiedades coligativas son tan pequeñas

que resultaría complicado medirlas con precisión. Whitten, en este punto, argumenta que “el

pequeño abatimiento de la presión de vapor es suficiente para elevar el punto de ebullición en una

cantidad que puede medirse […], el mismo caso aplica también para la depresión del punto de

congelación; sin embargo resulta complicado realizar esta acción si no se cuenta con un aparato

especial” (pp. 530)

¿Qué observamos en el último caso? La presión osmótica es un dato arrojado que

representa un valor mucho más grande y puede medirse con mucha más precisión. Con este

ejercicio concluimos que – de las 4 propiedades coligativas – la que puede medirse con mayor

facilidad inclusive cuando las disoluciones son muy diluidas, es la presión osmótica. Otra de las

ventajas las hace referencia Petrucci (2003) en su obra Química General, donde menciona que la

presión osmótica – como es muy sencilla de calcular experimentalmente – se puede determinar las

masas moleculares de:

- Sustancias muy costosas

- Sustancias de las que sólo se pueden preparar cantidades muy pequeñas

- Sustancias no muy solubles de masa molecular elevada

Justificación

Debido a que resulta difícil, y a veces imposible, obtener materiales muy puros de masa

molecular elevada, la determinación de su masa molecular no es tan exacta como se quisiera; sin

embargo la presión osmótica es un método para hacer estimaciones muy cercanas.

2. Desarrollo del tema

En la presión osmótica, se incorpora un fenómeno que se presenta en muchos procesos

químicos y biológicos: la ósmosis. En su obra Química, Chang (2010) nos explica que la ósmosis

es “el paso selectivo de moléculas del disolvente a través de una membrana porosa desde una

disolución diluida (de baja concentración de soluto) hacia una de mayor concentración de soluto”

(pp. 534). Un ejemplo claro de una membrana semipermeable es el papel celofán que permite el

paso de ciertas moléculas a través de su red de poros diminutos, pero no de otras. En este caso,

las moléculas pequeñas de disolventes (como el agua) sí pueden pasar, pero las moléculas de

soluto no podrán.

Consideremos la siguiente situación:

Ilustración 1: Presión Osmótica Chang (2010). Tomada sólo para fines educativos

Como se mencionó anteriormente, las moléculas del disolvente de la disolución de menor

concentración atraviesa dicha membrana en cualquier dirección hacia la disolución de mayor

concentración y viceversa, sin embargo en la Ilustración 2 se puede observar que la rapidez de la

primera es mayor que la segunda disolución, puesto que “la diferencia inicial entre los dos tipos de

rapidez es directamente proporcional a la diferencia de concentración entre los dos tipos de

disoluciones.” (Whitten, 2008: pp. 528).

a) b)

Ilustración 2: a) El movimiento neto del disolvente siempre es hacia la disolución que posee la concentración más alta en soluto. b) Conceptos de “flujo osmótico” y “flujo hidrostático” en un fenómeno de presión osmótica

Chang (2010). Tomada sólo para fines educativos

¿Qué sucede durante esta experimentación? Si observamos detenidamente, al principio el

volumen de ambas disoluciones son iguales. Después de un tiempo el nivel del tubo B comienza a

aumentar y continúa hasta alcanzar el equilibrio (concentraciones iguales). Este fenómeno

podrá ser observado cuando no se contemple ningún cambio. En este instante, además de que

ambos niveles de líquido se vuelvan desiguales, es cuando se introduce el concepto de presión

osmótica ( ), que Chang (2010) lo define como “la presión que se requiere para detener la

ósmosis” (pp. 534).

3. Cálculo de presión osmótica

Según Brown (2004) y Chang (2010), la presión osmótica p, obedece una ley cuya forma es

muy parecida a Ley de los Gases Ideales , donde V es el volumen de la disolución (L), n

es el número de moles de soluto, T es la temperatura (Kelvin) y R es la constante del gas ideal

(0.0821Latm/Kmol). ¿Por qué? A bajas concentraciones, los solutos se comportan

termodinámicamente como los gases. Esta justificación se comprueba en la llamada Ley de Van’t

Hoff (1887), que menciona lo siguiente:

La presión osmótica de una solución, dada su temperatura y el número de moles de

soluto, están relacionadas por la misma ecuación, relación análoga en el caso de un

gas.

La presión osmótica de una disolución está dada por , donde M es la molaridad de

la disolución. Por principios de análisis dimensional, la presión osmótica, , se expresa en atm.

Cuando una disolución tiene una molalidad específica, si su densidad se acerca bastante a 1g/ml o

kg/L, se puede hacer una aproximación que . A su vez, Whitten (2008) explica que la presión

osmótica aumenta con:

El incremento de temperatura porque ésta influye en el número de colisiones “disolvente –

membrana” por unidad de tiempo.

La molaridad M, ya que afecta la diferencia del número de moléculas en el disolvente que

pega en la membrana desde ambos lados e incrementa el desorden de la disolución.

Problema

Para comenzar, imagínese que posee un total de 50.0g de sacarosa y – usted como ingeniero –

prepara una disolución a 1.25m de C12H22O11.

Primero: ¿Cuál es la proporción de cantidad necesaria de soluto y disolvente que debe

poseer esta disolución para tener dicha concentración?

Metodología y Resultado

C12H22O11 x

= 0.146moles C12H22O11

Sabiendo que

; por lo tanto tenemos que

Conclusión

Para alcanzar dicha concentración, se necesitará un total de 50.0g de sacarosa como soluto y

un total de 167g o unidades de disolución.

Segundo: ¿Cómo calcularía la presión osmótica si la densidad de la disolución es de

1.34g/ml y la temperatura registrada es de 25ºC?

Metodología y Resultado

Podemos deducir que no podemos realizar una aproximación M=m, ya que se aparta del

principio anteriormente mencionado. Por lo tanto, para satisfacer la ecuación de , primero

calculamos la molaridad de la sacarosa y a continuación resolvemos la ecuación de la presión

osmótica.

Entonces, la molaridad de la disolución de sacarosa será:

Finalmente, calculamos la presión osmótica

(

)(

) ( )

Bibliografía

Brown, T., Lemay, H., Bursten, B. y Burdge, J. (2004). Química: La ciencia central. (9a Ed).

México: Pearson

Chang, R. (2010). Química (10a Ed). México: Mc Graw Hill

Petrucci, R., Harwood, W. y Herring, H. (2003) Química General (8a Ed). México: Prentice

Hall

Whitten, K., Davis, R., Peck, L. y Stanley, G. (2008). Química (8a Ed). México: Cengage

Learning.