Depresión del punto de congelación: definición, ecuación y ejemplos

Depresión del punto de congelación

En un caluroso día de verano, es divertido disfrutar de un delicioso helado refrescante. O tal vez prefiera un simple vaso de agua con hielo. ¿Sabías que la temperatura del helado es más fría que la temperatura del hielo? Aunque ambos están congelados y ambos tienen «hielo» en el nombre, las temperaturas son diferentes.

El punto de congelación puede variar según los solutos que haya en un líquido; esto se llama depresión del punto de congelación . Si el agua tiene sal, entonces el punto de congelación sería más bajo que el agua pura. Esto tiene muchos usos prácticos, como por qué ponemos sal en las carreteras en invierno y cómo hacemos helados.

Ecuación

Para determinar el nuevo punto de congelación de una solución (Tfs), primero necesitamos conocer cierta información. Primero necesitamos conocer el punto de congelación del solvente (Tfi). Entonces, para el agua, sabemos que el punto de congelación es 0 grados Celsius (o 32 grados Fahrenheit). También necesitamos conocer la molalidad (b). La molalidad es moles por kilogramo, por lo que es el número de moles de soluto (como sal) por kilogramo de solvente (como agua).

También necesitamos conocer el factor Van’t Hoff (i). El factor de Van’t Hoff se determina en función de la cantidad de partículas de iones que hay en la solución. Dado que algunos compuestos se separan en solución, actúa como 2 o más moléculas individuales. Por ejemplo, la sal (NaCl) se separará en iones de sodio e iones de cloro, por lo que el factor de Van’t Hoff para la sal es 2. Pero una molécula como el azúcar no se separa ni siquiera en solución, por lo que el factor de Van’t Hoff es 1.

Lo último que necesitamos saber es la constante crioscópica (Kf). La constante crioscópica es diferente para cada solvente ya que depende de las propiedades del solvente. Por ejemplo, la constante crioscópica para el agua es 1.853 K * kg / mol, y para el ácido acético (vinagre) es 3.90 K * kg / mol. La K es una abreviatura de Kelvin, que es una unidad de medida para la temperatura.

La ecuación es:

Entonces, si tiene 5 moles de azúcar (lo que equivale a 1711.5 gramos de azúcar en 1 kg de agua) disueltos en agua, podemos determinar el nuevo punto de congelación siempre que sepamos el punto de congelación del agua pura. Para mantener las mismas unidades, necesitamos usarlo en Kelvin, que es 273.15 K.

Terminamos con 263,885 K, que es igual a -9,3 grados Celsius. Entonces, el azúcar disminuye el punto de congelación del agua en casi 10 grados.

Ahora, veamos cómo la sal cambia el punto de congelación del agua. Usemos nuevamente 5 moles de sal (lo que equivale a 292 gramos de sal en 1 kg de agua).

Terminamos con 254,65 K, o -18,5 grados Celsius. Dado que la sal se separa en dos unidades separadas, disminuye el punto de congelación mucho más que el azúcar.

Ejemplos

Usamos este concepto de puntos de congelación más bajos en muchos ejemplos del mundo real. Dos que probablemente veas con frecuencia son la fabricación de helados y el salado de las carreteras en invierno.

Pensemos en el helado, es nata con azúcar y otros sabores. Podemos pensar en la crema como agua con grasa y otros sólidos. El punto de congelación del agua es de 0 grados Celsius, pero esta «agua» tiene grasa, azúcar y muchos otros solutos disueltos. Esto hace que el punto de congelación del helado sea mucho más bajo que 0 grados Celsius. Si hiciéramos helado y lo congelamos con hielo normal, el hielo no está lo suficientemente frío como para congelar el helado. Entonces, terminaremos con helado derretido.

Lo que solemos hacer es agregar sal al hielo. Recuerde, la sal disminuye el punto de congelación del agua mucho más que el azúcar u otros solutos (ya que se disocia en 2 moléculas). Esto permite que el agua salada congelada esté más fría que el helado para que el helado se pueda congelar.

El otro ejemplo común es el de salar las carreteras. Es peligroso conducir sobre hielo, por lo que si llueve y luego baja de los 0 grados centígrados, terminamos con hielo en las carreteras. Pero si ponemos un montón de sal en las carreteras para mezclarlas con el agua, entonces necesitará enfriarse mucho más antes de que el agua salada se congele. Entonces, en lugar de conducir sobre hielo, conducimos en agua salada.

Resumen de la lección

El agua (y otros líquidos) se congela a una temperatura más baja cuando contiene solutos, como sal o grasa. Esto se conoce como depresión del punto de congelación . Esto se puede determinar utilizando el factor de Van’t Hoff , la molalidad y la constante criscópica . Los compuestos que se disocian en dos o más moléculas deprimirán el punto de congelación más que los compuestos que permanecen como una sola molécula. Entonces, la sal deprime el punto de congelación más que el azúcar. Este concepto se utiliza en la fabricación de helados y para hacer que las carreteras sean más seguras para conducir.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador