Come calcolare il punto di congelamento e di ebollizione

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Difficoltà: media
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Introduzione

All'interno della presente guida andremo ad occuparci di calcoli, e più specificatamente, ci occuperemo di comprendere il metodo che ci permetta di capire come andare a calcolare sia il punto di congelamento e sia il punto di ebollizione.
Lo faremo in modo chiaro, passo dopo passo, in modo da semplificarvi la comprensione e la riproduzione personale dei ragionamenti che ci sono dietro alcune formule.
Le proprietà colligative sono quelle che dipendono dal numero di particelle disciolte in una soluzione ma non sulle identità dei soluti; ad esempio: il punto di congelamento dell'acqua salata è inferiore a quella dell'acqua pura, a causa della presenza del sale disciolto nell'acqua. Per una buona approssimazione, non importa se il sale disciolto in acqua è il cloruro di sodio o il nitrato di potassio; se le quantità molari di soluto e il numero di ioni sono uguali, i punti di congelamento saranno uguali. Le quattro proprietà colligative comunemente studiate sono: il congelamento nel punto di depressione e nel punto di ebollizione, l'abbassamento della pressione del vapore e la pressione osmotica. Queste tipologie di proprietà vanno a riprodurre delle informazioni specifiche riguardo il numero delle particelle di soluto che sono presenti all'interno di una soluzione. Per questo motivo, è possibile riuscire ad ottenere il peso delle molecole del soluto. Andiamo, quindi, a vedere come calcolare il punto di congelamento e il punto di ebollizione.

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Come anticipato in precedenza nel passo introduttivo della guida in esame, andiamo immediatamente a vedere come poter calcolare il punto di congelamento e il punto di ebollizione. La presenza di un soluto abbassa il punto di congelamento di una soluzione; ad esempio: l'acqua pura congela a 0 ° C (32 ° F), se si dissolvono 10 grammi di cloruro di sodio (sale da cucina) in 100 grammi di acqua, il punto di congelamento scende a -5.9 ° C (21,4 ° F). Se si usa il saccarosio (zucchero da tavola) invece del cloruro di sodio, 10 grammi in 100 grammi di acqua forniranno una soluzione con un punto di congelamento di -0.56 ° C (31 ° F). La ragione per cui la soluzione salina ha un punto di congelamento inferiore alla soluzione zuccherina è data dal maggior numero di particelle in 10 grammi di cloruro di sodio rispetto ai 10 grammi di saccarosio. Siccome il saccarosio risulta esser dotato di un peso in molecole di 342,3 g. Ed ha un peso molecolare di circa 58,44 g per mole, un g di cloruro di sodio risulta avere circa 6 volte le unità presenti nel cloruro di sodio.

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L'abbassamento del punto di congelamento di una soluzione contenente una sostanza disciolta (come il sale disciolto in acqua), è una proprietà colligativa. In previsione del punto di congelamento, si deve considerare non solo il numero di unità presenti nella formula, ma anche il numero di ioni che derivano da ciascuna unità presente nella formula (soprattutto nel caso di composti ionici). Il punto riguardante l'ebollizione della soluzione dev'essere necessariamente maggiore rispetto a quella del solvente classico, puro. Conseguentemente, utilizzare una soluzione al posto di un liquido puramente classico, nell'antigelo ottiene una funzione di miscela rispetto all'ebollizione di un motore di automobile già caldo. L'effetto finale è correlato a quante particelle siano presente sotto forma di solvente assoluto, rispetto ad una quantità fissa di solvente soluto.

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Se 10 grammi di cloruro di sodio sono sciolti in 100 ml d'acqua, il punto di ebollizione della soluzione è di 101,7 ° C (215,1 ° F), cioè superiore al punto di ebollizione dell'acqua pura. La formula per calcolare la variazione del punto di ebollizione rispetto al solvente puro è simile a quello utilizzato per il punto di congelamento in depressione. La tensione del vapore di un liquido rappresenta la pressione di equilibrio delle molecole di gas da detto liquido (cioè, i risultati di evaporazione) al di sopra del liquido stesso. Un bicchiere di acqua messo in una stanza aperta evapora completamente e quindi non raggiungerà mai l'equilibrio. Qualora si impiegasse dell'acqua pura una sorta di soluzione di carattere acquoso, si andrebbe a diminuire la pressione d'equilibrio rispetto alla normale acqua cosiddetta pura. La legge di Raoult spiega come la pressione che ottiene il vapore di un solvente nella zona superiore alla soluzione risulta essere direttamente proporzionale con la frazione delle molecole riguardanti il solvente all'interno della soluzione. Per esempio, 2/3 delle molecole fossero molecole di solvente, la pressione del vapore causata dal solvente risulterebbe essere pari a 2/3 rispetto a come sarebbe stata per quanto riguarda il solvente esclusivamente puro.
Vi consiglio la lettura di quest'articolo: http://venus.unive.it/miche/chimrestau/capitoli/03-2re.htm.
Spero che questa guida su come calcolare il punto di congelamento e di ebollizione vi sia stata utile.

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