Erin- siempre nos gustan las preguntas de seguimiento. Demuestra que alguien realmente leyó una respuesta.
Fui a Google, buscando «elevación molecular del punto de ebullición», un nombre que obtuve al buscar en el CRC Handbook of Chemistry and Physics. Había una serie de resultados, incluyendo:.
Tal vez debería explicar por qué hay una relación simple entre el número de moléculas o iones disueltos por unidad de volumen y la elevación del punto de ebullición. Esta explicación puede ser más técnica de lo que usted o muchos otros lectores quieren, pero no puedo resistirme a intentar mostrar que hay una lógica en estas reglas, no sólo un conjunto de refranes para recordar. La descripción que sigue es algo general, pero el disolvente puede ser a menudo agua, y el soluto puede ser sal o azúcar.
Un líquido hierve cuando se calienta a una temperatura para la que la energía libre neta no cambia cuando algunas moléculas abandonan el líquido y se unen al gas (a la presión particular utilizada). El cambio de energía libre implica el cambio tanto de energía como de entropía (ver más adelante) del líquido y del gas. Se necesita mucha energía para sacar una molécula del líquido, pero ésta gana mucha entropía al tener mucho espacio para correr en el gas. (La entropía se define como el logaritmo natural del número de estados disponibles). La importancia relativa de la entropía y la energía viene determinada por la temperatura. Así que hay una temperatura particular (el punto de ebullición) donde los dos efectos se equilibran, y tanto el líquido como el gas son estables.
Para cada disolvente, esos efectos pueden ser bastante difíciles de averiguar, pero afortunadamente todo lo que nos importa aquí es el cambio cuando se añade un poco de soluto, porque eso es lo que cambia el punto de ebullición. Pensemos en lo que ocurre cuando se añade sólo un poco de soluto, no lo suficiente como para que haya mucha interacción entre las moléculas del soluto o los iones. El soluto puede cambiar la entropía y la energía del disolvente, pero ese efecto no es sensible a los cambios en el número de moléculas de disolvente porque, de todos modos, cada molécula de soluto está completamente rodeada de disolvente. El cambio clave es el siguiente: cuando una molécula de disolvente se evapora, deja menos espacio para que las moléculas de soluto se muevan. Hay menos estados disponibles para ellas. Otra forma de decirlo es que han perdido algo de entropía. Si, por ejemplo, el 1% del disolvente hirviera, cada molécula de soluto tendría sólo un 99% de estados disponibles, por lo que perdería aproximadamente 0,01 de entropía, en unidades de entropía natural. La pérdida de entropía por molécula de soluto no depende de sus propiedades moleculares, ¡así que tampoco el efecto sobre el punto de ebullición!
mike w
Esta sencilla pregunta cotidiana tiene algo de física interesante, y me he replanteado la respuesta varias veces. La pregunta es si para pequeñas concentraciones de solutos no volátiles la elevación del punto de ebullición (o equivalentemente, la reducción de la presión de vapor) depende sólo de la concentración de moléculas de soluto, no de ninguna de sus propiedades. Estoy seguro de que el argumento está en los libros de texto de química física, pero hoy en día es fácil ser perezoso y tratar de obtener toda la información de la web o pensando.
Al principio escribí que sí, luego alteré la respuesta para decir más o menos. Después de pensarlo un poco, la respuesta es sí para cualquier soluto no iónico. Publicaré una actualización cuando esté más seguro sobre los solutos iónicos.
De todos modos, este es el argumento para los solutos no iónicos. Estos no tienen interacciones de largo alcance entre sí o con el disolvente. Así que puedes dividir la energía libre en cuatro partes:
1. de las regiones puras del disolvente.
2. de las bolitas de disolvente que contienen cada una una molécula de soluto
3. de las interacciones soluto-soluto.
4. la parte de la entropía de donde se encuentran las moléculas de soluto
El término 4 es el que da el efecto que discutimos anteriormente.
El término 3 es insignificante para las soluciones diluidas.
El término 2 no cambia cuando una molécula de disolvente se evapora, porque el número de moléculas de soluto no cambia.
El término 1 es el mismo que para el disolvente puro.
Así que el cambio de energía libre cuando una molécula de disolvente sale para ir al vapor (o al sólido) es el mismo que para el disolvente puro más el término que hemos calculado y que depende sólo del disolvente y de la densidad de moléculas de soluto.
Este es el tipo de argumento que debe parecer aburrido a la mayoría de la gente, pero algunos de nosotros nos emocionamos mucho cuando algún resultado riguroso exacto como ese sale de la oscuridad de las complicaciones que son importantes para la mayoría de los problemas.
Como dije, las cosas se complican un poco más si hay interacciones electrostáticas de largo alcance, así que seguirá una actualización.
mike w, de nuevo
p.s. Un cálculo preliminar de lo que ocurre con las sales (iones) indica que sólo tienen el mismo efecto sobre el punto de ebullición que otros solutos cuando su concentración es significativamente menor que la concentración iónica de fondo en el disolvente. En el agua eso es 10-7 M de H+ y OH-. Así que para los tipos de concentración de sal que tienen un efecto importante, las interacciones electrostáticas hacen que el efecto por ion sea diferente del resultado por molécula para los solutos no iónicos.
(publicado el 22/10/2007)