Quando un solvente si congela, le particelle di quel solvente diventano più ordinate. Le forze intermolecolari che agiscono su queste particelle diventano più “permanenti” poiché le particelle sono ora più vicine tra loro. Ad esempio, quando l'acqua si congela nel ghiaccio, i legami idrogeno che conferiscono all'acqua molte delle sue proprietà uniche creano una rete di molecole di forma esagonale inerenti alla struttura del ghiaccio.
Quindi cosa succede quando un soluto viene aggiunto all'acqua o al solvente puro? L'aggiunta di soluto determina la distruzione dell'ordine delle molecole di solvente. Ciò significa che è necessario rimuovere più energia dalla soluzione per congelarla.
Ad esempio, quando il sale viene aggiunto all'acqua, gli ioni risultanti nell'acqua interrompono la consueta rete di legami idrogeno creati durante il congelamento. Di conseguenza, il punto di congelamento della soluzione è inferiore a quello del solvente puro. Questo è chiamato depressione del punto di congelamento.
Definizione della depressione del punto di congelamento
La diminuzione del punto di congelamento è direttamente proporzionale alla molalità del soluto:
In questa equazione, Kf è la costante di depressione del punto di congelamento molare e m è la molalità del soluto. Ricorda, molalità è il numero di moli di soluto per kg di solvente. Il fattore van't Hoff è i che si riferisce al numero di ioni in soluzione per ogni molecola disciolta di soluto. Ad esempio, questo sarebbe 2 per NaCl.
Fondamentalmente, questo significa che più soluto c'è, maggiore è la diminuzione della temperatura di congelamento.
Depressione del punto di congelamento è definito dal punto di congelamento del solvente puro meno il punto di congelamento della soluzione in questione:
Questo ti permette di trovare qual è il nuovo punto di congelamento rispetto al solvente puro.
Perché è utile la depressione del punto di congelamento?
Le due applicazioni più comuni nel mondo reale della depressione del punto di congelamento sono l'antigelo e la salatura delle strade in inverno.
Il glicole etilenico è un composto spesso utilizzato nell'antigelo perché quando viene aggiunto all'acqua, il punto di congelamento dell'acqua diminuisce. Questo può aiutare a garantire che l'acqua nel radiatore della tua auto non si congeli.
Quando viene aggiunto sale alla strada in inverno, il ghiaccio si scioglierà a una temperatura più bassa, rendendola così più sicura perché non ci sarà tanto ghiaccio sulla strada.
Dai un'occhiata al seguente esempio, che mostra come l'aggiunta di sale all'acqua si tradurrà in una diminuzione del punto di congelamento della soluzione.
Qual è la temperatura di congelamento di una soluzione in cui sono stati aggiunti 100 grammi di NaCl a 1 chilogrammo di acqua? In altre parole, qual è il punto di congelamento dell'acqua salata?
Puoi utilizzare la seguente equazione:
il Kf per l'acqua è 1,86 °C/m. Questo numero si trova in una tabella come quella del primo riferimento. Poiché NaCl si dissocia in due ioni, il fattore van't Hoff è 2. Infine, è necessario calcolare la molalità della soluzione.
Per fare ciò dovrai prima convertire i grammi di NaCl in moli:
Ora, dovrai dividere le moli di NaCl per la massa del solvente per trovare la molalità:
Successivamente, puoi collegarlo alla seguente equazione:
Così:
Come tale,
Ora puoi usare l'equazione della depressione del punto di congelamento per trovare il nuovo punto di congelamento della soluzione. (Ricordate, il punto di congelamento dell'acqua pura è 0°C.)
Così:
Pertanto, l'aggiunta di 100 grammi di sale a 1 chilogrammo di acqua ridurrebbe il punto di congelamento a -6,4°C.
Suggerimenti
Il punto di congelamento di una soluzione è sempre inferiore al punto di congelamento del solvente puro. Ciò significa che la soluzione deve essere portata a una temperatura più bassa affinché si congeli. Ciò significa anche che la fusione avviene a una temperatura inferiore rispetto al solvente puro.
