8.4: Proprietà colligative-Elevazione del punto di ebollizione e depressione del punto di congelamento

Depressione del punto di congelamento

Il punto di congelamento di una sostanza è la temperatura alla quale le forme solide e liquide In queste condizioni le molecole passano tra le due fasi a parità di velocità perché le loro tendenze di fuga dalle due fasi sono identiche., Supponiamo che un solvente liquido e il suo solido (acqua e ghiaccio, ad esempio) siano in equilibrio ( sotto) e aggiungiamo un soluto non volatile (come sale, zucchero o liquido antigelo automobilistico) all’acqua. Ciò avrà l’effetto di ridurre la frazione molare delle molecole H2O nella fase liquida, e quindi ridurre la tendenza di queste molecole a fuoriuscire da esso, non solo nella fase vapore (come abbiamo visto sopra), ma anche nella fase solida (ghiaccio)., Ciò non avrà alcun effetto sulla velocità con cui le molecole di H2O fuoriescono dal ghiaccio nella fase acquosa, quindi il sistema non sarà più in equilibrio e il ghiaccio inizierà a sciogliersi.

Se vogliamo evitare che il solido si sciolga, la tendenza di fuga delle molecole dal solido deve essere ridotta., Questo può essere ottenuto riducendo la temperatura; questo abbassa la tendenza di fuga delle molecole da entrambe le fasi, ma colpisce quelle nel solido più di quelle nel liquido, quindi alla fine raggiungiamo il nuovo punto di congelamento più basso dove le due quantità sono di nuovo in esatto equilibrio ed entrambe le fasi possono coesistere .

Se si preferisce pensare in termini di pressioni di vapore, è possibile utilizzare lo stesso argomento se si tiene presente che le pressioni di vapore del solido e del liquido devono essere uguali al punto di congelamento., La diluizione del liquido (il solvente) da parte del soluto non volatile riduce la pressione di vapore del solvente secondo la legge di Raoult, riducendo così la temperatura alla quale le pressioni di vapore delle forme liquide e congelate della soluzione saranno uguali. Come per l’elevazione del punto di ebollizione, nelle soluzioni diluite esiste una semplice relazione lineare tra la depressione del punto di congelamento e la molalità del soluto:

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Si noti che i valori Kf sono tutti negativi!

Salatura strade

L’uso del sale per de-ghiaccio strade è un’applicazione comune di questo principio., La soluzione formata quando parte del sale si dissolve nel ghiaccio umido riduce il punto di congelamento del ghiaccio. Se il punto di congelamento scende al di sotto della temperatura ambiente, il ghiaccio si scioglie. In tempo molto freddo, la temperatura ambiente può essere inferiore a quella della soluzione salina e il sale non avrà alcun effetto.,d=”3d8b2121c5″>

Esempio \(\PageIndex{2}\)

Stima il punto di congelamento di una miscela antigelo è costituito combinando un volume di glicole etilenico (MW = 62, densità 1,11 g cm–3) con due volumi di acqua.

Soluzione

Supponiamo di usare 1 L di glicole e 2 L di acqua (i volumi effettivi non contano finché i loro rapporti sono come dati.) La massa del glicole sarà di 1,10 kg e quella dell’acqua sarà di 2,0 kg, quindi la massa totale della soluzione è di 3,11 kg. Abbiamo quindi:

• numero di moli di glicole: (1110 g) ÷ (62 g mol–1) = 17.,9 mol
• molalità del glicole: (17,9 mol) ÷ (2,00 kg) = 8,95 mol kg–1
• depressione del punto di congelamento: ΔTF = (-1,86 K kg–1 mol) × (8,95 mol kg–1) = -16,6 K quindi la soluzione si congela a circa -17°C.