Come calcolare il punto di congelamento e di ebollizione

Tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Con questa guida vi verrà spiegato in modo semplice e diretto come calcolare i punti di ebollizione e di congelamento eseguendo calcoli all'apparenza complicati ma con il giusto esercizio diverranno immediati.
Ovviamente il tutto verrà spiegato in modo chiaro, ma soprattutto passo dopo passo, cosi da semplificarvi la comprensione e la riproduzione personale dei ragionamenti che ci sono dietro alcune formule.
Prima di iniziare però è necessario spiegare alcune cose.
Prima di tutto definiamo proprietà colligative quelle che dipendono dal numero di particelle disciolte in una soluzione ma, attenzione, non sulle identità dei soluti. Presentando un esempio concreto potremmo chiarire molte perplessità: 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 quindi, non importa se il sale disciolto in acqua è il cloruro di sodio o il nitrato di potassio ma ciò che conta sono le quantità molari di soluto. Infatti se questo e il numero di ioni sono uguali, i punti di congelamento saranno ovviamente gli stessi. Andiamo quindi a illustrare le quattro proprietà colligative comunemente studiate: 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 ci dicono alcune delle informazioni specifiche di nostro interesse riguardo il numero delle particelle di soluto che sono presenti all'interno di una soluzione. Grazie a questo, è possibile riuscire ad ottenere il peso delle molecole del soluto. Ecco quindi come calcolare il punto di congelamento e il punto di ebollizione di una data soluzione.

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Occorrente

  • Tanta Pazienza e Concentrazione
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Considerazione sull'acqua

Come detto precedentemente nel passo introduttivo della guida in corso, andiamo immediatamente a vedere come poter calcolare il punto di congelamento e il punto di ebollizione. Ciò che dobbiamo chiederci in fase iniziale è cosa vi è all'interno della soluzione, se essa sia pura oppure no ed eventualmente le quantità di "oggetti" estranei ad essa. Infatti la presenza di un soluto abbassa il punto di congelamento di una soluzione. Prendiamo ora in esempio l'acqua pura che congela a 0 ° C (32 ° F), ma 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 dovesse usare 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). Il motivo 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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Considerazione sugli ioni

L'abbassarsi del punto di congelamento di una soluzione, che contiene una sostanza disciolta (come il sale disciolto in acqua), è una proprietà colligativa. Come detto precedentemente, siccome abbiamo necessità di calcolare il valore 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 stessa (soprattutto nel caso di composti ionici). Ovviamente tutte le considerazioni fatte in precedenza devono essere applicate anche al punto riguardante l'ebollizione della soluzione che ovviamente dev'essere necessariamente maggiore rispetto a quella del solvente classico, puro. Di conseguenza, 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. In sostanza ciò che ottengono come risultato 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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Esempio Pratico

Poniamo quindi un esempio pratico per esplicare al meglio come calcolare il punto di ebollizione. Se 10 grammi di cloruro di sodio sono disciolti in 100 ml d'acqua, il punto di ebollizione della soluzione sarà di 101,7 ° C (215,1 ° F), cioè superiore al punto di ebollizione dell'acqua pura, come ci saremo aspettati. La formula per calcolare la variazione del punto di ebollizione rispetto al solvente puro è simile a quella utilizzata per il punto di congelamento in depressione (Cioè il caso in cui presi due valori del congelamente il risultato è "negativo").
Definiamo ora anche la tensione del vapore di un liquido che rappresenta la pressione di equilibrio delle molecole di gas dal sudetto liquido (cioè, i risultati dell'evaporazione avvenuta) al di sopra del liquido stesso. Per esempio, un bicchiere di acqua posizionato in una stanza aperta evapora completamente e quindi non raggiungerà mai l'equilibrio che cerchiamo. Tuttavia se si impiegasse dell'acqua pura e cioè una sorta di soluzione di carattere acquoso, si andrebbe a diminuire la pressione d'equilibrio rispetto alla normale acqua cosiddetta pura.
Viene ora definita la legge di Raoult, che ci servirà successivamente per compiere alcuni calcoli particolari, ci spiega come la pressione che ottiene il vapore di un solvente nella zona superficiale alla soluzione risulta essere direttamente proporzionale con la frazione delle molecole (La quantità) riguardanti il solvente all'interno della soluzione. Ad esempio, se prendessimo i due terzi delle molecole e queste fossero molecole di solvente, la pressione del vapore causata dal solvente risulterebbe essere pari a due terzi rispetto a come sarebbe stata per quanto riguarda il solvente esclusivamente puro. Viste tutte le precedenti considerazioni diamo per assodato che il semplice calcolo del punto di ebollizione e congelamento risulta semplice e immediato nel caso in cui si tratti di un liquido puro (Di fatti in internet è possibile trovare intere tabelle che riportano valori sperimentali), ma bisogna tener anche conto degli eventuali soluti disciolti nella soluzione, nella temperatura di partenza della medesima, della pressione in cui essa è sottoposta e di conseguenza anche dell'evaporazione che questa provoca. Ovviamente queste sono tutte variabili che solo nella realtà sarà necessario calcolarle, ma in quel caso vi sono strumenti appositi che misurano con precisione assoluta. Di fatti quindi negli esercizi capiteranno queste richieste in maniera singola per problema.

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