Capire il congelamento dei solventi

Quando un solvente puro congela, le sue molecole si dispongono in un reticolo ordinato, rafforzando le forze intermolecolari. Nell'acqua, ciò si traduce in una rete esagonale di legami idrogeno che definisce le proprietà uniche del ghiaccio.

Cosa succede quando viene aggiunto un soluto?

L’introduzione di un soluto sconvolge la struttura ordinata del solvente. Le molecole del solvente non possono più allinearsi perfettamente, quindi è necessario rimuovere più energia affinché avvenga il congelamento. In pratica, ciò significa che il punto di congelamento della miscela è inferiore a quello del solvente puro, un fenomeno noto come abbassamento del punto di congelamento .

Definizione della depressione del punto di congelamento

La diminuzione della temperatura di congelamento è direttamente proporzionale alla molalità del soluto:

\(\Delta T_f =K_f \times m \times i\)

Dove:

• K_f è la costante di depressione molare del punto di congelamento del solvente.
  
• m è la molalità (moli di soluto per chilogrammo di solvente).
  
• io è il fattore di van’t Hoff, che rappresenta il numero di particelle in cui si dissocia il soluto. Per NaCl, i =2.

L’abbassamento del punto di congelamento è espresso anche come differenza tra il punto di congelamento del solvente puro (T_f ⁰) e quello della soluzione (T_f ):

\(\Delta T_f =T_f^{\circ} - T_f\)

Perché è utile la depressione del punto di congelamento?

Due applicazioni quotidiane ne dimostrano l'importanza:

• Antigelo: Il glicole etilenico abbassa il punto di congelamento dell'acqua, proteggendo i radiatori delle automobili dal congelamento.
• Sicurezza stradale: Cospargere di sale sulle strade invernali abbassa il punto di fusione del ghiaccio, riducendo le pericolose chiazze.

Esempio pratico:punto di congelamento dell'acqua salata

Calcola il punto di congelamento di una soluzione contenente 100 g di NaCl in 1 kg di acqua.

1. Convertire la massa di NaCl in moli:
   \(100\,\text{g} \times \dfrac{1\,\text{mol}}{58,44\,\text{g}} =1,71\,\text{mol}\)
2. Determinare la molalità:
   \(m =\dfrac{1,71\,\text{mol}}{1\,\text{kg}} =1,71\,\text{m}\)
3. Applica la formula della depressione:
   \(\Delta T_f =1,86\,\tfrac{\grado\text{C}}{\text{m}} \times 1,71\,\text{m} \times 2 =6,4\,\grado\text{C}\)
4. Sottrai dal punto di congelamento di 0°C dell'acqua pura:
   \(T_f =0\,\grado\testo{C} - 6.4\,\grado\testo{C} =-6.4\,\grado\testo{C}\)

Pertanto, l'aggiunta di 100 g di sale a 1 kg di acqua abbassa il punto di congelamento a -6,4°C.

TL;DR

L’aggiunta di un soluto come il sale abbassa il punto di congelamento del solvente. Più soluto è presente, maggiore è la depressione, il che spiega l'antigelo e il sale sulle strade.