Când un solvent îngheață, particulele acelui solvent devin mai ordonate. Forțele intermoleculare care acționează asupra acestor particule devin mai „permanente”, deoarece particulele sunt acum mai apropiate. De exemplu, atunci când apa îngheață în gheață, legăturile de hidrogen care dau apei multe dintre proprietățile sale unice fac o rețea hexagonală de molecule inerentă structurii gheții.
Deci, ce se întâmplă atunci când un solut este adăugat în apă sau solvent pur? Adăugarea de solut are ca rezultat întreruperea ordonării moleculelor de solvent. Aceasta înseamnă că trebuie eliminată mai multă energie din soluție pentru a o îngheța.
De exemplu, când sarea este adăugată la apă, ionii rezultați din apă perturbă rețeaua obișnuită de legături de hidrogen realizate la congelare. Ca rezultat, punctul de îngheț al soluției este mai mic decât este pentru solventul pur. Aceasta se numește depresie a punctului de îngheț.
Definirea depresiei punctului de îngheț
Scăderea punctului de îngheț este direct proporțională cu molalitatea solutului:
În această ecuație, Kf este constanta depresiei punctului de congelare molar, iar m este molalitatea solutului. Tine minte, molalitatea este numărul de moli de dizolvat per kg de solvent. Factorul van't Hoff este i, care se referă la numărul de ioni din soluție pentru fiecare moleculă dizolvată dizolvată. De exemplu, acesta ar fi 2 pentru NaCl.
Practic, aceasta înseamnă că, cu cât este mai mult solut, cu atât scade temperatura de îngheț.
Depresia punctului de îngheț este definit de punctul de îngheț al solventului pur minus punctul de îngheț al soluției în cauză:
Acest lucru vă permite să găsiți care este noul punct de îngheț comparativ cu solventul pur.
De ce este utilă depresia punctului de îngheț?
Cele mai frecvente două aplicații din lumea reală a depresiei punctului de îngheț sunt drumurile antigel și sărare în timpul iernii.
Etilenglicolul este un compus adesea utilizat în antigel deoarece, atunci când este adăugat în apă, punctul de îngheț al apei scade. Acest lucru vă poate asigura că apa din radiatorul mașinii dvs. nu va îngheța.
Când se adaugă sare pe drum în timpul iernii, gheața se va topi la o temperatură mai scăzută, făcându-l astfel mai sigur deoarece nu va fi la fel de multă gheață pe drum.
Uitați-vă la următorul exemplu, care arată cum adăugarea de sare în apă va duce la o scădere a punctului de îngheț al soluției.
Care este temperatura de congelare a unei soluții în care s-au adăugat 100 de grame de NaCI la 1 kilogram de apă? Cu alte cuvinte, care este punctul de îngheț al apei sărate?
Puteți utiliza următoarea ecuație:
K-ulf pentru apă este de 1,86 ° C / m. Acest număr poate fi găsit într-un tabel precum cel din prima referință. Deoarece NaCl se disociază în doi ioni, factorul van't Hoff este 2. În cele din urmă, trebuie să calculați molalitatea soluției.
Pentru a face acest lucru, va trebui mai întâi să convertiți gramele de NaCl în alunițe:
Acum, va trebui să împărțiți moli de NaCl la masa solventului pentru a găsi molalitatea:
Apoi, puteți conecta acest lucru la următoarea ecuație:
Asa de:
Ca atare,
Acum, puteți utiliza ecuația depresiei punctului de îngheț pentru a găsi noul punct de îngheț al soluției. (Amintiți-vă, punctul de îngheț al apei pure este de 0 ° C.)
Asa de:
Astfel, adăugarea a 100 de grame de sare la 1 kilogram de apă ar reduce punctul de îngheț la -6,4 ° C.
sfaturi
Punctul de îngheț al unei soluții este întotdeauna mai mic decât punctul de îngheț al solventului pur. Aceasta înseamnă că soluția trebuie adusă la o temperatură mai scăzută pentru a îngheța. Aceasta înseamnă, de asemenea, că topirea are loc la o temperatură mai mică decât pentru solventul pur.