Di Jack Brubaker
Aggiornato il 30 agosto 2022
I governi statali e municipali spesso spargono sale sulle strade per mantenerle al sicuro. Abbassando il punto di fusione del ghiaccio, un effetto noto come depressione del punto di congelamento, il sale aiuta a mantenere il traffico scorrevole. Lo stesso principio rende possibile un esperimento scientifico divertente ed educativo che può variare da una rapida dimostrazione a un progetto dettagliato completo di previsioni matematiche. Tutto ciò di cui hai bisogno è una pentola e un termometro.
Quando un solido si dissolve in acqua, si rompe in minuscole particelle. Per lo zucchero si tratta di singole molecole; per i sali come il cloruro di sodio, sono ioni carichi. Queste particelle interrompono la capacità delle molecole d'acqua di organizzarsi in un solido quando la temperatura si avvicina allo zero, abbassando così il punto di congelamento. Questo fenomeno è universale nei liquidi, non solo nell'acqua.
Scegliere la misura giusta è fondamentale. Invece di chiedere quale campione si congela per primo, concentrati sulla temperatura alla quale ciascuna soluzione raggiunge lo stato solido. Questo approccio rivela come le impurità alterano il punto di congelamento e fornisce un risultato più chiaro e scientificamente significativo.
L'equazione stabilita per l'abbassamento del punto di congelamento è:
ΔT=–k·m
dove k è la costante di depressione del punto di congelamento molale del solvente em è la molalità della soluzione (moli di particelle per chilogrammo di solvente). Per l'acqua, keequivale a 1,86°C·kgmol⁻¹. Il saccarosio (C₁₂H₂₂O₁₁) ha un peso molecolare di 342,3 gmol⁻¹, quindi la formula si semplifica in:
ΔT=–1,86×(grammi saccarosio/342,3/kg acqua)
Esempio:sciogliere 10 g di saccarosio in 100 ml (≈0,100 kg) di acqua. ΔT=–1,86×(10/342,3/0,1)≈–0,54°C. Pertanto, la soluzione congela a circa 0,54°C al di sotto del punto di congelamento dell'acqua pura.
Riorganizzando la formula, gli studenti possono determinare sperimentalmente il peso molecolare di un soluto:
MW=(–1,86×grammi saccarosio)/(ΔT×kg acqua)
Molti corsi di chimica delle scuole superiori e universitari utilizzano questo metodo per trovare il peso molecolare di sostanze sconosciute. Un approccio simile funziona per gli studi sul punto di ebollizione, con la costantekche cambia a 0,52.
