Chimica per non Major
Obiettivi formativi
- Definire la depressione del punto di congelamento.
- Calcolare il punto di congelamento di una soluzione quando viene data la costante di depressione molale del punto di congelamento.
Perché sale strade ghiacciate?
Camion del sale. Immagine da Wikimedia.
Le proprietà colligative hanno applicazioni pratiche, come la salatura di strade in climi freddi., Applicando il sale su una strada ghiacciata, il punto di fusione del ghiaccio diminuisce e il ghiaccio si scioglierà più rapidamente, rendendo la guida più sicura. Il cloruro di sodio (NaCl ) e il cloruro di calcio (CaCl 2 ) o il cloruro di magnesio (MgCl 2) sono usati più frequentemente, da soli o in una miscela. Il cloruro di sodio è l’opzione meno costosa, ma è meno efficace perché si dissocia solo in due ioni invece di tre.
Depressione del punto di congelamento
La figura seguente mostra il diagramma di fase per un solvente puro e come cambia quando viene aggiunto un soluto., Il soluto abbassa la pressione di vapore del solvente con conseguente abbassamento del punto di congelamento della soluzione rispetto al solvente. La depressione del punto di congelamento è la differenza di temperatura tra il punto di congelamento del solvente puro e quello della soluzione. Sul grafico, la depressione del punto di congelamento è rappresentata da 
.
Figura 1. La pressione di vapore di una soluzione (blu) è inferiore alla pressione di vapore di un solvente puro (rosa)., Di conseguenza, il punto di congelamento di un solvente diminuisce quando qualsiasi soluto viene sciolto in esso. Figura dalla Fondazione CK – 12-Christopher Auyeung.
Quando un solvente puro si congela, le sue particelle diventano più ordinate man mano che le forze intermolecolari che operano tra le molecole diventano permanenti. Nel caso dell’acqua, i legami idrogeno formano la rete di molecole a forma esagonale che caratterizza la struttura del ghiaccio. Sciogliendo un soluto nel solvente liquido, questo processo di ordinazione viene interrotto., Di conseguenza, più energia deve essere rimossa dalla soluzione per congelarla e il punto di congelamento della soluzione è inferiore a quello del solvente puro.
La grandezza della depressione del punto di congelamento è direttamente proporzionale alla molalità della soluzione. L’equazione è:
La costante di proporzionalità, 
, è chiamata costante di depressione del punto di congelamento molale . È una costante che è uguale al cambiamento nel punto di congelamento per una soluzione 1-molale di un soluto molecolare non volatile., Per l’acqua, il valore di è -1,86°C / m . Quindi la temperatura di congelamento di una soluzione acquosa 1-molale di qualsiasi soluto molecolare non volatile è -1,86°C. Ogni solvente ha una costante di depressione del punto di congelamento molale unica. Questi sono mostrati nella Tabella seguente, insieme a un valore correlato per il punto di ebollizione chiamato 
.
Problema del campione: Punto di congelamento di un nonelettrolita
Il glicole etilenico (C 2 H 6 O 2 ) è un composto molecolare che viene utilizzato in molti antigelo commerciali., Una soluzione acquosa di glicole etilenico viene utilizzata nei radiatori dei veicoli per abbassare il punto di congelamento e quindi impedire il congelamento dell’acqua nel radiatore. Calcola il punto di congelamento di una soluzione di 400. g di glicole etilenico in 500. g di acqua.
Passo 1: Elencare le quantità note e pianificare il problema.
Nota
- massa C 2 H 6 O 2 = 400. g
- massa molare C 2 H 6 O 2 = 62,08 g/mol
- massa H 2 O = 500,0 g = 0.,500 kg
Sconosciuto
Questo è un problema. Innanzitutto, calcola le talpe del glicole etilenico. Quindi, calcola la molalità della soluzione. Infine, calcolare la depressione del punto di congelamento.
Passo 2: Risolvere.
Il normale punto di congelamento dell’acqua è 0,0°C. Pertanto, poiché il punto di congelamento diminuisce di 24,0°C, il punto di congelamento della soluzione è -24,0°C.,
Passaggio 3: Pensa al tuo risultato.
Il punto di congelamento dell’acqua diminuisce di una grande quantità, proteggendo il radiatore dai danni dovuti all’espansione dell’acqua quando si congela. Ci sono tre cifre significative nel risultato.
Sommario
- La depressione del punto di congelamento è definita.
- Sono descritti i calcoli che coinvolgono la depressione del punto di congelamento.,
Pratica
Risolvi i problemi nel sito sottostante:
http://home.comcast.net/~cochranjim/PDFS3/COLIGWS1A.pdf
Recensione
- In che modo un soluto influisce sul congelamento dell’acqua?
- Quante talpe di glucosio sarebbero necessarie per abbassare il punto di congelamento di un kg di acqua a 3,72°C?
- Quante talpe di NaCl sarebbero necessarie per produrre la stessa quantità di abbassamento della temperatura?,
Glossario
- depressione del punto di congelamento: differenza di temperatura tra il punto di congelamento del solvente puro e quello della soluzione.
- molal freezing-point depression constant: Una costante che è uguale alla variazione del punto di congelamento per una soluzione 1-molale di un soluto molecolare non volatile.
