Innalzamento ebullioscopico ed abbassamento crioscopico

Innalzamento ebullioscopico ed abbassamento crioscopico

Abbiamo visto come la temperatura di ebollizione di un liquido sia la temperatura alla quale la tensione di vapore eguaglia la pressione esterna. Si è inoltre osservato come l'aggiunta di un soluto non volatile abbassi la tensione di vapore di un solvente. Ciò ha dunque come conseguenza che quando una soluzione raggiunge la temperatura di ebollizione del suo solvente, la sua tensione di vapore è inferiore a quella necessaria per produrre l'ebollizione. La temperatura di ebollizione di una soluzione risulta quindi superiore a quella del solvente puro.

La differenza tra la temperatura di ebollizione della soluzione e quella del solvente puro è detta innalzamento ebullioscopico (t_eb) ed è proporzionale alla concentrazione molale della soluzione

dove k_eb è una costante di proporzionalità, detta costante ebullioscopica, il cui valore dipende dalla natura chimica del solvente (non del soluto).

E' possibile verificare il fenomeno osservando come, nel diagramma di stato, la linea della tensione di vapore del liquido slitti, nel caso di una soluzione, verso destra ed incontri quindi l'ordinata di pressione 1 atmosfera a temperature superiori.

Un effetto analogo si ha anche sul punto di congelamento (o di solidificazione, o di fusione). La presenza di un soluto poco volatile abbassa infatti il punto di congelamento. La variazione nel punto di congelamento viene detta abbassamento crioscopico (t_cr) e si dimostra come anch'esso sia proporzionale alla molalità della soluzione

dove k_cr è una costante di proporzionalità, detta costante crioscopica, il cui valore dipende dalla natura chimica del solvente (non del soluto).

Si tenga presente che quando una soluzione congela in realtà è solo il solvente (o comunque il componente a più elevato punto di congelamento) che solidifica, 'espellendo' le molecole di soluto dal reticolato solido che si va formando. In tal modo la soluzione liquida che deve ancora congelare diventa via via più concentrata in soluto ed il suo punto di congelamento si abbassa ulteriormente. Ciò spiega come le soluzioni non congelino in realtà ad una temperatura ben definita, ma si solidifichino gradualmente all'interno di un certo intervallo di temperatura.

L'abbassamento crioscopico si spiega se pensiamo che il fenomeno del passaggio di stato solido/liquido avviene quando vi è equilibrio tra la velocità con cui le molecole del liquido passano allo stato solido e quella con cui le molecole del solido passano allo stato liquido. Ma mentre la superficie del liquido a contatto con il solido presenta delle molecole di soluto che rallentano e ostacolano il processo di solidificazione del solvente, il solido presenta una superficie di interfaccia con il liquido costituita solo di molecole di solvente e la velocità con cui passa allo stato liquido non viene influenzata dalla presenza del soluto.