Quando um solvente congela, as partículas desse solvente se tornam mais ordenadas. As forças intermoleculares que agem sobre essas partículas tornam-se mais “permanentes”, pois as partículas agora estão mais próximas. Por exemplo, quando a água congela em gelo, as ligações de hidrogênio que dão à água muitas de suas propriedades únicas formam uma rede de moléculas em formato hexagonal inerente à estrutura do gelo.
Então, o que acontece quando um soluto é adicionado à água ou ao solvente puro? A adição de soluto resulta na interrupção do ordenamento das moléculas de solvente. Isso significa que mais energia deve ser removida da solução para congelá-la.
Por exemplo, quando o sal é adicionado à água, os íons resultantes na água interrompem a rede usual de ligações de hidrogênio formadas após o congelamento. Como resultado, o ponto de congelamento da solução é menor do que para o solvente puro. Isso é chamado de depressão do ponto de congelamento.
Definindo Depressão De Ponto De Congelamento
A diminuição do ponto de congelamento é diretamente proporcional à molalidade do soluto:
Nesta equação, Kf é a constante de depressão do ponto de congelamento molal e m é a molalidade do soluto. Lembrar, molalidade é o número de moles de soluto por kg de solvente. O fator van't Hoff é i, que se relaciona ao número de íons em solução para cada molécula de soluto dissolvida. Por exemplo, isso seria 2 para NaCl.
Basicamente, isso significa que quanto mais soluto houver, maior será a diminuição na temperatura de congelamento.
Depressão do ponto de congelamento é definido pelo ponto de congelamento do solvente puro menos o ponto de congelamento da solução em questão:
Isso permite que você descubra qual é o novo ponto de congelamento em comparação com o solvente puro.
Por que a depressão do ponto de congelamento é útil?
As duas aplicações mais comuns da depressão do ponto de congelamento no mundo real são o anticongelante e as estradas de sal no inverno.
O etilenoglicol é um composto frequentemente usado no anticongelante porque, quando adicionado à água, o ponto de congelamento da água diminui. Isso pode ajudar a garantir que a água no radiador do seu carro não congele.
Quando o sal é adicionado à estrada no inverno, o gelo derrete em uma temperatura mais baixa, tornando-o mais seguro porque não haverá tanto gelo na estrada.
Dê uma olhada no exemplo a seguir, que mostra como adicionar sal à água resultará em uma diminuição no ponto de congelamento da solução.
Qual é a temperatura de congelamento de uma solução na qual 100 gramas de NaCl foram adicionados a 1 quilograma de água? Em outras palavras, qual é o ponto de congelamento da água salgada?
Você pode fazer uso da seguinte equação:
O Kf para a água é de 1,86 ° C / m. Este número pode ser encontrado em uma tabela como a da primeira referência. Como o NaCl se dissocia em dois íons, o fator de van't Hoff é 2. Finalmente, você precisa calcular a molalidade da solução.
Para fazer isso, você primeiro precisa converter os gramas de NaCl em moles:
Agora, você precisará dividir os moles de NaCl pela massa do solvente para encontrar a molalidade:
Em seguida, você pode conectar isso à seguinte equação:
Então:
Assim sendo,
Agora, você pode usar a equação de depressão do ponto de congelamento para encontrar o novo ponto de congelamento da solução. (Lembre-se de que o ponto de congelamento da água pura é 0 ° C.)
Então:
Assim, adicionar 100 gramas de sal a 1 quilograma de água diminuiria o ponto de congelamento para -6,4 ° C.
Pontas
O ponto de congelamento de uma solução é sempre menor que o ponto de congelamento do solvente puro. Isso significa que a solução deve ser levada a uma temperatura mais baixa para que congele. Isso também significa que a fusão ocorre a uma temperatura mais baixa do que para o solvente puro.