Come determinare il peso molecolare di una sostanza da misure crioscopiche

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Il peso molecolare di un composto chimico è la massa di una singola molecola di tale composto, espressa in unità di massa atomica (UMA o Dalton). Il peso molecolare può essere calcolato come la somma delle masse atomiche di tutti gli atomi costituenti la molecola. Per i composti chimici non molecolari, in particolare per i composti ionici, non si può propriamente parlare di massa molecolare; si parla invece di peso formula, riferendosi alla somma delle masse atomiche degli atomi che costituiscono la formula minima. Ma ora vediamo come determinare il peso molecolare di una sostanza da misure crioscopiche.

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Occorrente

  • sostanza incognita
  • bicchiere da 1000 ml
  • bicchiere da 200 ml
  • provettone pyrex con diramazione laterale da un litro
  • tappo di gomma per chiudere la diramazione laterale
  • contenitore per il provettone
  • miscela frigorifera
  • tappo forato a due fori
  • termometro
  • agitatori
  • pinze metalliche
  • sostegno e morsetto
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Le misure crioscopiche sono regolate dalla legge di Raoult; in particolare, vale la relazione M=KC/Δ, in cui M è il peso molecolare del soluto, K la costante crioscopica del solvente, C la concentrazione, Δ l'abbassamento crioscopico. La crioscopia permette di determinare il peso molecolare delle sostanze sciolte in soluzione: nota la costante crioscopica, è infatti sufficiente misurare con un crioscopio l'abbassamento del punto di congelamento del solvente puro e poi quello di una soluzione a concentrazione nota e applicare la relazione precedente. L'errore che si commette è tanto minore quanto più la soluzione considerata s'avvicina a quella ideale.

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Il peso molecolare di un soluto può essere determinato usando l'innalzamento ebullioscopico o l'abbassamento crioscopico. Una quantità nota di soluto viene aggiunta ad una quantità nota di solvente e viene quindi misurata la variazione risultante del punto di ebollizione; oppure, come nel nostro caso, del punto di congelamento. Per iniziare, pesare in un recipiente 99 grammi di una sostanza incognita, non ionica.

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In un altro recipiente pesare 669 grammi di acqua. Preparare poi il bagno frigorifero versando con cura l'acqua nella provetta e introducendo in essa il termometro e l'agitatore. A questo punto, introdurre con cura la sostanza incognita attraverso la diramazione della provetta. Tappare quest'ultima e agitare per portare in soluzione la sostanza. Immergere la provetta nel bagno frigorifero, fissarla al sostegno e registrare la temperatura di congelamento.

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Supponiamo che il punto di congelamento della soluzione sia di -0,96°C. La variazione del punto di congelamento è data, pertanto, da: (Temperatura di congelamento dell'acqua - Temperatura di congelamento della soluzione) = 0 °C - (- 0,96 °C) = 0,96 °C. Per determinare il peso molecolare della sostanza incognita, calcolare la molalità della soluzione. Applicare la seguente relazione: (Temperatura di congelamento dell'acqua - Temperatura di congelamento della soluzione) = m x 1,86, dove m è la molalità della soluzione e 1,86 è la costante crioscopica dell'acqua.

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Di conseguenza: m = 0,96/1,86 = 0,156 moli di soluto / kg solvente. A questo punto, calcolare le moli contenute in 669 grammi di acqua. A tale scopo, impostare la proporzione: X = 669 = 0,516: 1000 da cui eseguendo i calcoli si ottiene: X = 0,345 moli. Applicando quindi la formula: moli = grammi / peso molecolare (PM), si può ricavare il peso molecolare PM = grammi/ moli = 99 / 0,345 = 287 g/mol. Il peso molecolare della sostanza incognita è, pertanto, 287 g/mol.

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