Lorsqu'un solvant gèle, les particules de ce solvant deviennent plus ordonnées. Les forces intermoléculaires qui agissent sur ces particules deviennent plus « permanentes » puisque les particules sont maintenant plus rapprochées. Par exemple, lorsque l'eau gèle en glace, les liaisons hydrogène qui confèrent à l'eau bon nombre de ses propriétés uniques forment un réseau de molécules de forme hexagonale inhérent à la structure de la glace.
Alors, que se passe-t-il lorsqu'un soluté est ajouté à de l'eau ou à un solvant pur? L'ajout de soluté entraîne la rupture de l'ordre des molécules de solvant. Cela signifie que plus d'énergie doit être retirée de la solution afin de la congeler.
Par exemple, lorsque du sel est ajouté à l'eau, les ions résultants dans l'eau perturbent le réseau habituel de liaisons hydrogène formé lors de la congélation. En conséquence, le point de congélation de la solution est inférieur à celui du solvant pur. C'est ce qu'on appelle la dépression du point de congélation.
Définition de la dépression du point de congélation
La diminution du point de congélation est directement proportionnelle à la molalité du soluté :
Dans cette équation, KF est la constante de dépression du point de congélation molaire, et m est la molalité du soluté. Rappelles toi, molalité est le nombre de moles de soluté par kg de solvant. Le facteur de van't Hoff est i qui se rapporte au nombre d'ions en solution pour chaque molécule dissoute de soluté. Par exemple, ce serait 2 pour NaCl.
Fondamentalement, cela signifie que plus il y a de soluté, plus la diminution de la température de congélation est importante.
Abaissement du point de congélation est défini par le point de congélation du solvant pur moins le point de congélation de la solution considérée :
Cela vous permet de trouver quel est le nouveau point de congélation par rapport au solvant pur.
Pourquoi la dépression du point de congélation est-elle utile ?
Les deux applications réelles les plus courantes de l'abaissement du point de congélation sont l'antigel et le salage des routes en hiver.
L'éthylène glycol est un composé souvent utilisé dans l'antigel car lorsqu'il est ajouté à l'eau, le point de congélation de l'eau diminue. Cela peut aider à garantir que l'eau dans le radiateur de votre voiture ne gèle pas.
Lorsque du sel est ajouté à la route en hiver, la glace fondra à une température plus basse, ce qui la rendra plus sûre car il n'y aura pas autant de glace sur la route.
Jetez un œil à l'exemple suivant, qui montre comment l'ajout de sel à l'eau entraînera une diminution du point de congélation de la solution.
Quelle est la température de congélation d'une solution dans laquelle 100 grammes de NaCl ont été ajoutés à 1 kilogramme d'eau? En d'autres termes, quel est le point de congélation de l'eau salée ?
Vous pouvez utiliser l'équation suivante :
Le KF pour l'eau est de 1,86 °C/m. Ce numéro se trouve dans un tableau tel que celui de la première référence. Étant donné que NaCl se dissocie en deux ions, le facteur de van't Hoff est de 2. Enfin, vous devez calculer la molalité de la solution.
Pour ce faire, vous devrez d'abord convertir les grammes de NaCl en moles :
Maintenant, vous devrez diviser les moles de NaCl par la masse du solvant pour trouver la molalité :
Ensuite, vous pouvez le brancher dans l'équation suivante :
Donc:
En tant que tel,
Maintenant, vous pouvez utiliser l'équation de dépression du point de congélation pour trouver le nouveau point de congélation de la solution. (Rappelez-vous, le point de congélation de l'eau pure est de 0°C.)
Donc:
Ainsi, ajouter 100 grammes de sel à 1 kilogramme d'eau abaisserait le point de congélation à -6,4°C.
Conseils
Le point de congélation d'une solution est toujours inférieur au point de congélation du solvant pur. Cela signifie que la solution doit être portée à une température plus basse pour qu'elle gèle. Cela signifie également que la fusion se produit à une température plus basse que pour le solvant pur.