Exemples de preguntes que tracten les propietats col·ligatives de les solucions
Les propietats col·ligatives de les solucions són propietats que depenen només del nombre de partícules de solut en una solució, no del tipus o la naturalesa del solut. Hi ha quatre tipus principals de propietats col·ligatives: la disminució de la pressió de vapor, l'elevació del punt d'ebullició, la depressió del punt de congelació i la pressió osmòtica. En aquest article, discutirem diversos problemes d'exemple i discutirem cada propietat col·ligativa de les solucions.
1. Disminució de la pressió de vapor (llei de Raoult)
Exemple de problemes:
Dissoleu 18 grams d'urea (NH2CONH2) en 200 grams d'aigua. Quina és la disminució de la pressió de vapor de la solució si la pressió de vapor de l'aigua pura a una determinada temperatura és de 23.8 mmHg? (Massa molar d'urea = 60 g/mol)
Discussió:
Per calcular la disminució de la pressió de vapor, hem de calcular la fracció molar del solut.
1. Calcula el nombre de mols d'urea:
\[
\text{Nombre de mols d'urea} = \frac{18 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.3 \text{ mol}
\]
2. Calcula el nombre de mols d'aigua:
\[
Massa molar de l'aigua = 18 g/mol
\]
\[
\text{Nombre de mols d'aigua} = \frac{200 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}} = 11.11 \text{ mol}
\]
3. Calcula la fracció molar del solut:
\[
x_{\text{urea}} = \frac{0.3 \text{ mol}}{0.3 \text{ mol} + 11.11 \text{ mol}} = 0.0265
\]
4. Disminució de la pressió de vapor:
\[
ΔP = P_0 ≤ x_{\text{urea}} = 23.8 \text{ mmHg} \times 0.0265 = 0.63 \text{ mmHg}
\]
2. Elevació del punt d'ebullició
Exemple de problemes:
Quina és l'elevació del punt d'ebullició d'una solució que conté 1 mol de NaCl/kg d'aigua? Kf per a l'aigua és de 0.52 °C/m.
Discussió:
El NaCl en solució es dissocia en 2 ions (Na+ i Cl-), de manera que el factor de van 't Hoff (i) és 2.
1. Calcula la molalitat de la solució (m):
\[
m = \frac{1 \text{ mol}}{1 \text{ kg}} = 1 \text{ m}
\]
2. Elevació del punt d'ebullició:
\[
ΔT_b = i ∫K_b ∫m = 2 ∫0.52 °C/m ∫1 m = 1.04 °C
\]
Per tant, l'augment del punt d'ebullició de la solució és d'1.04 °C.
3. Depressió del punt de congelació
Exemple de problemes:
Calculeu la depressió del punt de congelació d'una solució que conté 0.5 mol de glucosa (C6H12O6)/kg d'aigua. Kf per a l'aigua és d'1.86 °C/m.
Discussió:
La glucosa no es dissocia en solució, per tant el factor de van 't Hoff (i) és 1.
1. Calcula la molalitat de la solució (m):
\[
m = \frac{0.5 \text{ mol}}{1 \text{ kg}} = 0.5 \text{ m}
\]
2. Depressió del punt de congelació:
\[
ΔT_f = i ∫K_f ∫m = 1 ∫1.86 °C/m ∫0.5 m = 0.93 °C
\]
Per tant, la depressió del punt de congelació de la solució és de 0.93 °C.
4. Pressió osmòtica
Exemple de problemes:
Calculeu la pressió osmòtica d'una solució d'urea 0.1 M a 27 °C. (R = 0.0821 L·atm/K·mol)
Discussió:
La pressió osmòtica (\(\pi\)) es pot calcular mitjançant la fórmula:
\[
\pi = MRT
\]
1. Converteix la temperatura a Kelvin:
\[
T = 27 °C + 273.15 = 300.15 K
\]
2. Calcula la pressió osmòtica:
\[
π = 0.1 M × 0.0821 L·atm/K·mol × 300.15 K
\]
\[
\pi = 2.461 \text{ atm}
\]
Per tant, la pressió osmòtica de la solució és de 2.461 atm.
Conclusió
Les propietats col·ligatives de les solucions proporcionen informació senzilla però potent sobre com es comporten les solucions en funció del nombre de partícules de solut. A través dels exemples anteriors, podem entendre com calcular la disminució de la pressió de vapor, l'elevació del punt d'ebullició, la depressió del punt de congelació i la pressió osmòtica d'una solució. Esperem que aquestes explicacions i exemples siguin útils per comprendre el concepte de propietats col·ligatives de les solucions i les seves aplicacions en la vida quotidiana, els processos industrials i la investigació científica.
