Antigelo automobilistico, dialisi renale e utilizzo di salgemma per fare il gelato non sembrano avere nulla in comune. Ma tutti dipendono dal proprietà colligative delle soluzioni. Queste proprietà sono le proprietà fisiche delle soluzioni che dipendono solo dal rapporto tra il numero di particelle di soluto e solvente (es. sale in acqua) in soluzione e non sull'identità del identity soluto.
Le cellule del corpo umano, le cellule vegetali e le soluzioni come l'antigelo e il gelato dipendono dalle proprietà colligative.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Troppo lungo; Non ho letto (TL; DR)
Ci sono quattro proprietà colligative: pressione di vapore, punto di ebollizione, punto di congelamento e pressione osmotica. Queste proprietà fisiche delle soluzioni dipendono solo dal rapporto tra il numero di particelle di soluto e solvente in soluzione e non da cosa è il soluto.
Diminuire la pressione del vapore aggiungendo un soluto
Un solvente (come l'acqua) ha una tensione di vapore indicata con p1. Questo è uguale a un'atmosfera di pressione.
A equilibrio, la fase gassosa (come il vapore acqueo) al di sopra del solvente ha una pressione parziale pari a p1. L'aggiunta di un soluto (come il sale da cucina, NaCl), diminuisce la pressione parziale del solvente nella fase gassosa. La diminuzione della tensione di vapore è causata dalle molecole di solvente sulla superficie della soluzione che vengono sostituite da molecole di soluto. Le molecole di solvente “spiazzano” la vaporizzazione. Poiché ci sono meno molecole di solvente sulla superficie, la pressione del vapore diminuisce.
Elevazione del punto di ebollizione in una miscela
Portare un solvente a ebollizione essenzialmente vaporizza il solvente. Elevazione del punto di ebollizione, o l'aumento della temperatura alla quale il solvente bolle, si verifica per un motivo simile alla depressione della pressione di vapore. La maggiore quantità di soluto sulla superficie inibisce la vaporizzazione del solvente, quindi richiede più energia per raggiungere il punto di ebollizione.
Ciò presuppone che il soluto sia non volatile, cioè che abbia una bassa tensione di vapore a temperatura ambiente. Un soluto volatile con un punto di ebollizione inferiore al solvente può effettivamente abbassare il punto di ebollizione. Il benzene è un esempio di un composto organico volatile (VOC).
Depressione del punto di congelamento in una miscela
Il punto di congelamento di una soluzione sarà inferiore a quello del solvente puro. Punto di congelamento è la temperatura alla quale un liquido diventa solido a 1 atmosfera. Depressione del punto di congelamento significa che la temperatura di congelamento si abbassa. Ciò significa che il liquido deve essere più freddo per ottenere il congelamento. Il motivo per cui ciò si verifica è perché la presenza di un soluto introduce più disordine nel sistema di quanto fosse presente solo con le molecole di solvente. Pertanto, la miscela deve essere più fredda per superare gli effetti del sistema più disordinato.
Un'applicazione pratica di questa proprietà colligativa è antigelo per autoveicoli. Il punto di congelamento di una soluzione 50/50 di glicole etilenico (CH2(OH)CH2(OH)) è -33 gradi Celsius (-27,4 gradi Fahrenheit), rispetto a 0 gradi Celsius (32 gradi Fahrenheit). L'antigelo viene aggiunto al radiatore di un'auto in modo che l'auto debba essere esposta a temperature molto più basse prima che l'acqua nel sistema dell'auto si congeli.
Aumenti della pressione osmotica per soluzioni
Osmosi si verifica quando le molecole di solvente si muovono attraverso una membrana semipermeabile. Un lato della membrana potrebbe contenere solvente e l'altro lato della membrana conterrebbe soluto. Il movimento del solvente avviene da un'area di maggiore concentrazione a un'area di minore concentrazione, o da un potenziale chimico più alto a un potenziale chimico più basso fino a raggiungere un equilibrio. Questo flusso si verifica naturalmente, quindi è necessario applicare una certa pressione sul lato del soluto per arrestare il flusso.
Il pressione osmotica è la pressione che fermerebbe quel flusso. La pressione osmotica generalmente aumenta per le soluzioni. Più molecole di soluto ci sono, più le molecole di solvente vengono premute insieme. La presenza di molecole di soluto su un lato della membrana significa che meno molecole di solvente possono attraversare il lato della soluzione. La pressione osmotica è direttamente correlata alla concentrazione di soluto: più soluto si traduce in una pressione osmotica più alta.
Proprietà colligative e molalità
Le proprietà colligative dipendono tutte dalla molalità (m) di una soluzione. La molalità è definita come moli di soluto/kg di solvente. Il più, o meno, di un soluto che è presente in rapporto con il solvente influenzerà i calcoli delle quattro proprietà colligative sopra descritte.