Cuando un solvente se congela, las partículas de ese solvente se vuelven más ordenadas. Las fuerzas intermoleculares que actúan sobre estas partículas se vuelven más "permanentes" ya que las partículas están ahora más juntas. Por ejemplo, cuando el agua se congela en hielo, los enlaces de hidrógeno que le dan al agua muchas de sus propiedades únicas forman una red de moléculas de forma hexagonal inherente a la estructura del hielo.
Entonces, ¿qué sucede cuando se agrega un soluto al agua o al solvente puro? La adición de soluto da como resultado que se interrumpa el orden de las moléculas de disolvente. Esto significa que se debe eliminar más energía de la solución para congelarla.
Por ejemplo, cuando se agrega sal al agua, los iones resultantes en el agua interrumpen la red habitual de enlaces de hidrógeno que se forman al congelarse. Como resultado, el punto de congelación de la solución es más bajo que el del solvente puro. Esto se llama depresión del punto de congelación.
Definición de depresión del punto de congelación
La disminución del punto de congelación es directamente proporcional a la molalidad del soluto:
En esta ecuación, KF es la constante de depresión molal del punto de congelación y m es la molalidad del soluto. Recuerda, molalidad es el número de moles de soluto por kg de disolvente. El factor de van't Hoff es i, que se relaciona con el número de iones en solución por cada molécula de soluto disuelta. Por ejemplo, esto sería 2 para NaCl.
Básicamente, esto significa que cuanto más soluto hay, mayor es la disminución de la temperatura de congelación.
Depresión del punto de congelación se define por el punto de congelación del disolvente puro menos el punto de congelación de la solución en cuestión:
Esto le permite encontrar cuál es el nuevo punto de congelación en comparación con el disolvente puro.
¿Por qué es útil la depresión del punto de congelación?
Las dos aplicaciones más comunes de la depresión del punto de congelación en el mundo real son el anticongelante y las carreteras con salazón en el invierno.
El etilenglicol es un compuesto que se usa a menudo en anticongelantes porque cuando se agrega al agua, el punto de congelación del agua disminuye. Esto puede ayudar a garantizar que el agua del radiador de su automóvil no se congele.
Cuando se agrega sal a la carretera en el invierno, el hielo se derretirá a una temperatura más baja, lo que la hará más segura porque no habrá tanto hielo en la carretera.
Mire el siguiente ejemplo, que muestra cómo agregar sal al agua dará como resultado una disminución en el punto de congelación de la solución.
¿Cuál es la temperatura de congelación de una solución en la que se han agregado 100 gramos de NaCl a 1 kilogramo de agua? En otras palabras, ¿cuál es el punto de congelación del agua salada?
Puede hacer uso de la siguiente ecuación:
La KF para el agua es de 1,86 ° C / m. Este número se puede encontrar en una tabla como la de la primera referencia. Dado que el NaCl se disocia en dos iones, el factor de van't Hoff es 2. Finalmente, debe calcular la molalidad de la solución.
Para hacer esto, primero deberá convertir los gramos de NaCl en moles:
Ahora, deberá dividir los moles de NaCl por la masa del solvente para encontrar la molalidad:
A continuación, puede conectar esto en la siguiente ecuación:
Entonces:
Como tal,
Ahora, puede usar la ecuación de depresión del punto de congelación para encontrar el nuevo punto de congelación de la solución. (Recuerde, el punto de congelación del agua pura es 0 ° C).
Entonces:
Por lo tanto, agregar 100 gramos de sal a 1 kilogramo de agua disminuiría el punto de congelación a -6.4 ° C.
Consejos
El punto de congelación de una solución es siempre menor que el punto de congelación del disolvente puro. Esto significa que la solución debe llevarse a una temperatura más baja para que se congele. Esto también significa que la fusión ocurre a una temperatura más baja que para el solvente puro.
