Fundamentos de Química Física: Teorías Atómicas, Cinético-Molecular y Propiedades Coligativas

Teoría Atómica

La Teoría Atómica, basada en los postulados de Dalton, establece los siguientes principios:

1. Los elementos químicos están formados por partículas pequeñísimas, llamadas átomos, que son indivisibles e inalterables.
2. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales y, por tanto, tienen la misma masa y propiedades, mientras que los átomos de diferentes elementos tienen distinta masa y propiedades.
3. Los compuestos químicos están formados por la unión de átomos de diferentes elementos, y estos átomos se combinan entre sí en una relación de números enteros sencillos.
4. Los átomos no se crean ni se destruyen en una reacción química, solo se redistribuyen.

Teoría Cinético-Molecular

Esta teoría describe el comportamiento de los gases ideales a través de los siguientes postulados:

1. Los gases están formados por partículas (átomos o moléculas). El tamaño de estas es despreciable comparado con las distancias que las separan, de modo que las interacciones entre ellas también pueden despreciarse.
2. Las moléculas del gas se mueven de forma continua y al azar, chocando entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene.
3. Los choques que se originan son completamente elásticos, es decir, no hay variación en su energía cinética.
4. La energía cinética media de las moléculas gaseosas es directamente proporcional a la temperatura absoluta de la muestra.

Propiedades Coligativas

Son las propiedades que presenta un disolvente que se ven afectadas en presencia de un soluto. Estas propiedades dependen de la concentración de partículas de soluto, pero no de su naturaleza química. Las leyes que rigen dichas propiedades coligativas solo se cumplen para disoluciones muy diluidas y con solutos no iónicos (disoluciones ideales).

Tipos de Propiedades Coligativas

1. Descenso de la Presión de Vapor

La presión de vapor es la presión que ejercen las moléculas en fase gaseosa que están en equilibrio con el líquido que las genera. Su valor depende de la naturaleza de la sustancia y cambia con la temperatura. Está regida por la Ley de Raoult:

“A una determinada temperatura, la disminución de la presión de vapor de un líquido cuando se disuelve en él un soluto no volátil es igual al producto de la presión de vapor del disolvente puro a esa temperatura por la fracción molar del soluto.”

2. Ascenso del Punto de Ebullición (Ebulloscopía)

La ebullición es un fenómeno que se produce cuando todas las moléculas del líquido pasan a estado gaseoso. Para ello, la presión de vapor del líquido debe ser igual a la presión atmosférica, y la temperatura a la que sucede será la temperatura de ebullición. El incremento del punto de ebullición de una disolución respecto al punto de ebullición del disolvente puro es directamente proporcional a la concentración molal.

3. Descenso del Punto de Congelación (Crioscopía)

El punto de congelación o temperatura de fusión es la temperatura a la que se produce el cambio de estado de la materia de líquido a sólido. Según la teoría cinética, a esta temperatura se reduce el movimiento entre partículas, lo que permite que se produzcan fuerzas de atracción entre ellas que las mantendrán unidas como en el estado sólido. Si el disolvente tiene disuelto un soluto, las partículas del soluto dificultarán la ordenación de las partículas del disolvente, de modo que la temperatura debe bajar aún más para que la disolución se congele.

4. Ósmosis

La ósmosis es un proceso que se produce cuando dos disoluciones de distinta concentración están separadas por una membrana semipermeable, la cual solo permite el paso del disolvente, pero no el del soluto.

El movimiento de las partículas del soluto chocando con la membrana ejerce una presión que no se da en la parte donde solo hay disolvente. Para equilibrar esa presión, las partículas del disolvente pasan de la disolución más diluida a la más concentrada con el fin de igualar dichas concentraciones. La presión hidrostática que ejerce el desnivel final es igual a la presión que ejercen las moléculas del soluto y se denomina presión osmótica.

“La presión osmótica, π, de una disolución sobre una membrana semipermeable es la presión que habría que ejercer sobre ella para impedir el proceso de ósmosis.”