Leyes de Raoult

    Las leyes del cambio de estado afirman que todos los cuerpos puros solidifican a una determinada temperatura, denominada punto de solidificación y que hierven a una cierta temperatura, llamada punto de ebullición. Así, por ejemplo, en el agua, a la presión normal (una atmósfera), la solidificación se produce a 0 ºC, mientras que la ebullición tiene lugar a 100 ºC.

    Ahora bien, si en una masa de agua se disuelve una determinada sustancia, se produce una disolución. Esta mezcla homogénea tiene un punto de ebullición superior al del disolvente puro y un punto de solidificación más bajo que el de dicho disolvente.

    La elevación del punto de ebullición se denomina ascenso ebulloscópico y la reducción del punto de congelación recibe el nombre de descenso crioscópico. La magnitud de ambas variaciones, siempre con respecto al disolvente puro, viene dada por una expresión conocida como ley de Raoult. Dicha ley postula que las variaciones en las temperaturas de fusión y ebullición de una disolución son directamente proporcionales a la concentración molal del soluto.

    Matemáticamente, la ley de Raoult se expresa por:

    =

    donde:

    = Variación del punto correspondiente

    k = Constante propia del disolvente (en el agua, es 0,513 para la ebullición y -1,86 para la congelación)

    c = Concentración molal del soluto

    a = Gramos de soluto

    g = Gramos de disolvente

    M = Masa molecular del soluto

    Además de esta ley, Raoult enunció otra relativa a las presiones de vapor de las disoluciones. Así, establece que la relación existente entre la presión de vapor de cada componente de una disolución depende de la presión de vapor de cada componente individual y de la fracción molar de dicho componente.

    La ley de Raoult de las temperaturas tiene una importante aplicación práctica en los anticongelantes de los automóviles. Estos vehículos tienen agua en el circuito de refrigeración por lo que, si la temperatura del lugar en el que se encuentran desciende por debajo de 0 ºC, existe el riesgo de que el agua del circuito se congele. Como, al pasar del estado líquido al sólido, el volumen del agua aumenta, podría suceder que la presión sobre el bloque del motor fuera tan grande que lo resquebrajara.

    Para mitigar este riesgo, en la práctica, se añade al agua del radiador una sustancia. Al crearse una disolución, y siguiendo el principio enunciado por la ley de Raoult, se rebaja la temperatura de solidificación (congelación), y es más difícil que se congele el agua del circuito de refrigeración se congele. Las sustancias añadidas, fabricadas por la industria química, garantizan la no congelación hasta –12 ºC, aproximadamente.

    Aunque teóricamente pueden actuar como anticongelante numerosos aditivos, en la práctica la relación queda restringida por dos circunstancias: el producto que se emplea ha de ser fácilmente soluble en agua y no corrosivo, para que no ataque químicamente al radiador ni a las partes metálicas del motor.

    Problema. Calcular el punto de ebullición de 320 g de una disolución de urea, CO(NH2)2 al 30%, a presión normal. Masa molecular de la urea = 60.

    Solución. La urea contenida en 320 g constituye el 30% de esta masa. Es decir:

    (320) · (0,3) = 96 g

    Luego la disolución tiene 96 gramos de urea y 320 – 96 = 224 g de agua.

    Aplicando la primera ley de Raoult (de las temperaturas):

    Operando:

    = 3,66

    Si la presión es normal (1 atmósfera), la temperatura de ebullición del agua pura es 100 ºC. Por la presencia del disolvente, esta temperatura se eleva en 3,66 ºC, luego el nuevo punto de ebullición es:

    100 ºC + 3,66 ºC = 103,66 ºC