1.- Objetivos
- Definir y comprender el concepto de
molalidad y diferenciarlo de otras medidas de concentración.
- Explorar en profundidad las razones y
ventajas de usar la molalidad en ciertos contextos químicos.
- Aplicar la fórmula de la molalidad en
ejercicios de cálculo detallados para una comprensión práctica.
- Investigar aplicaciones prácticas de la
molalidad en diversos campos, incluyendo la industria y la investigación
científica.
- Proveer una base teórica sólida sobre
propiedades coligativas y cómo se relacionan directamente con la
molalidad.
2.- Introducción
La
molalidad es una unidad de concentración esencial para el estudio de las
soluciones en química cuando se estudian propiedades que dependen de la
cantidad de partículas en solución y no de su naturaleza o del volumen de esta.
La molalidad mide la cantidad de moles de soluto en relación con la masa del
solvente (expresada en kilogramos), lo que la hace ideal para análisis que
involucran cambios de temperatura o presión. A diferencia de la molaridad, que
varía con el volumen de la solución y se ve afectada por cambios en la
temperatura, la molalidad se mantiene constante bajo estas condiciones porque
depende de la masa del solvente, que no cambia con la temperatura. Este
carácter estable permite que la molalidad se use en cálculos termodinámicos,
reacciones bioquímicas y estudios de propiedades coligativas, como el punto de
ebullición y la presión osmótica.
3.- Fundamentos Teóricos
3.1.- Definición y Expresión de la
Molalidad
La molalidad (m) se
define como:
donde:
- Los moles de soluto representan
la cantidad de partículas disueltas en la solución.
- Los kilogramos de solvente
corresponden exclusivamente a la masa del solvente y no de la solución
completa.
Esta relación se
expresa en mol/kg y se usa en situaciones donde la concentración de
soluto se necesita en términos que no varíen con los cambios en volumen debidos
a temperatura o presión.
3.2.- Comparación entre Molalidad y
Molaridad
Aunque la molalidad
y la molaridad pueden parecer similares, existen diferencias clave que
determinan cuándo tienen que utilizarse cada una:
- Molalidad (m): Se basa en la masa del solvente y es independiente de cambios de
volumen, haciendo que sea particularmente útil en experimentos a altas o
bajas temperaturas.
- Molaridad (M): Expresa la cantidad de moles de soluto por litro de solución y,
a diferencia de la molalidad, depende del volumen total de la solución,
que puede variar con cambios de temperatura.
Esta
diferencia es esencial en química, ya que la molalidad se mantiene
constante incluso con variaciones térmicas, mientras que la molaridad
cambia, haciendo que la primera sea especialmente adecuada para cálculos
relacionados con propiedades coligativas.
3.3.- Propiedades Coligativas y su
Relación con la Molalidad
Las propiedades
coligativas son aquellas propiedades de las soluciones que dependen
únicamente del número de partículas de soluto presentes en una cantidad
determinada de solvente, sin importar su naturaleza química. Las propiedades coligativas incluyen:
- Elevación del punto de ebullición: Cuando se añade un soluto no volátil a un solvente, el punto de
ebullición de la solución aumenta. Este cambio es directamente
proporcional a la molalidad del soluto.
donde ΔTe es el incremento en el punto de ebullición, Ke es
la constante ebulloscópica del solvente y m es la molalidad de la
solución.
- Descenso del punto de congelación: Al añadir un soluto no volátil, el punto de congelación del
solvente disminuye. Al igual que la elevación del punto de ebullición,
este descenso es proporcional a la molalidad.
donde ΔTc es el descenso del punto de congelación, Kc es la
constante crioscópica del solvente y m es la molalidad de la solución.
- Presión osmótica y presión de vapor: Aunque menos utilizada en cálculos de presión osmótica, la
molalidad ayuda a estudiar cómo las soluciones se comportan en términos de
presión cuando se añade un soluto. La reducción de la presión de vapor de
un solvente debido a un soluto no volátil se expresa comúnmente en función
de la molalidad en soluciones diluidas.
3.4.- Ventajas y Limitaciones de la
Molalidad
3.4.1.- Ventajas:
- Independencia de la temperatura: Al depender de la masa y no del volumen, la molalidad es
constante bajo diferentes temperaturas, lo que la hace ideal para estudios
termodinámicos.
- Aplicabilidad en propiedades
coligativas: La molalidad es preferida en
cálculos de propiedades coligativas como el punto de congelación y el
punto de ebullición.
4.3.2.- Limitaciones:
- Uso restringido a soluciones donde
la masa del solvente es fácil de medir: En
ciertas soluciones complejas, determinar la masa exacta del solvente puede
ser complicado.
- No se utiliza en estudios
volumétricos: Para cálculos donde el volumen es
importante, como en titulación, la molalidad es menos práctica que la
molaridad.
5.- Ejercicios Resueltos
Ejercicio 1
Calcular la
molalidad de una solución que contiene 35 gramos de cloruro de sodio (NaCl)
disueltos en 250 gramos de agua.
Solución:
Respuesta: La molalidad de la solución es aproximadamente 2.392 moles/Kg.
Ejercicio 2
Una solución se
prepara disolviendo 85 gramos de glucosa (C₆H₁₂O₆) en 600 gramos de agua. Calcula
la molalidad.
Solución:
Respuesta: La molalidad de la solución es aproximadamente 0.787 moles/kg.
6.- Aplicaciones Prácticas de la
Molalidad
- Anticongelantes en motores: Los anticongelantes, comúnmente son a base de glicol o
etilenglicol, se utilizan en soluciones de alta molalidad para reducir el
punto de congelación del agua en los motores y evitar daños en el sistema.
- Soluciones médicas y biológicas: La molalidad es útil en la preparación de soluciones
intravenosas y de análisis biológico donde se requiere precisión en la
concentración de sustancias y donde los efectos térmicos podrían afectar
el volumen de la solución.
- Industria farmacéutica: Las formulaciones de medicamentos que requieren estabilidad a
diferentes temperaturas y presión, como soluciones de infusión, se
preparan usando molalidad para asegurar que la concentración de soluto se
mantenga constante.
7.- Referencias Bibliográficas
- Chang, R. (2005). Química.
México: McGraw-Hill.
- Petrucci, R.
H., Harwood, W. S., & Herring, F. G. (2002). Química
General: Principios y Aplicaciones Modernas. Prentice Hall.
- Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A.
(2007). Chemistry. Boston: Houghton Mifflin.
- Atkins, P., & de Paula, J. (2006). Fisicoquímica. Oxford: Oxford University Press.
- Levine, I. N. (2009). Física y
Química. México:
McGraw-Hill.
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