Descens crioscópico
Es coneix com a descens crioscópico o depressió del punt de fusió a la disminució de la temperatura del punt de congelació que experimenta una dissolució respecte a la del dissolvent pur.
Totes les dissolució en les que, en gelar-se, el dissolvent solidifica, tenen una temperatura de congelació inferior al dissolvent pur. La magnitut del descens crioscópico, ___MATH_0___, ve donada per la diferència de temperatures de congelació (o de fusió) del dissolvent pur i de la dissolució, ___MATH_1___ i ___MATH_2___, respectivament:
El descens crioscópico és una de les propietats coligativas, és dir, la magnitut del descens depén de la relació entre el número de les partícules de solut i les de dissolvent. Per lo tant, per a un dissolvent determinat, molt freqüentment l'aigua, solament depén del número de partícules de solut dissolt i no de la seua naturalea. Qualsevol solut, a igual molalidad, produïx el mateix efecte.[2][3][4] Per eixemple, el descens crioscópico produït en afegir glucosa a una dissolució és equivalent al que es conseguix en afegir igual massa de fructosa en lloc de glucosa, puix en ser substàncies la massa molecular de les quals és idèntica el número de partícules afegit a la dissolució seria exactament el mateix, a pesar de tractar-se de sucres de naturalea distinta.
En la figura adjunta es representa el diagrama de fases d'una dissolució acuosa. Si una dissolució acuosa es troba en el punt a i es reduïx la temperatura, es congelarà parcialment en el punt b per baix de la temperatura de 0 °C, corresponent a la temperatura de congelació de l'aigua pura. S'observa que la temperatura de congelació de la dissolució seguix una curva descendent a mida que aumenta la molalidad. La congelació serà parcial, ya que congela primer solament partix de l'aigua, quedant una atra sense congelar a on es concentra el solut. Esta major concentració produïx un descens crioscópico adicional en la part no congelada que, si la temperatura seguix baixant tornarà a congelar-se parcialment, repetint-se este procés de congelació parcial-concentració-descens crioscópico adicional a lo llarc de la curva b-c, fins a aplegar al punt eutéctico de la mescla, representat com a c, a on l'increment de concentració del solut ya no produïx nou descens crioscópico i solidifica el conjunt.
Les primeres investigacions sobre este fenomen es deuen al químic francés François-Marie Raoult i daten de 1882.[5] Raoult va definir una equació experimental que reproduïx be les senyes que s'obtenen a baixes concentracions, a on la curva s'aproxima a una recta. Atres científics, entre els que destaquen Jacobus Henricus van 't Hoff, Wilhelm Ostwald i Ernst Otto Beckmann, varen ampliar posteriorment els estudis sobre el descens crioscópico.
L'aplicació del descens crioscópico va ser essencial per a l'estudi de les propietats de les substàncies, ya que va permetre la determinació de les seues masses moleculars de forma precisa. També va ser fonamental per a la confirmació de la teoria de la dissociació electrolítica d'Arrhenius i per a la determinació de coeficients d'activitat.
El descens crioscópico ha trobat aplicacions pràctiques fora dels laboratoris d'investigació, com en l'us d'anticongelants per a evitar que els circuits de refrigeració dels motors dels vehículs o els mateixos combustibles es congelen quan les temperatures baixen en hivern, per a la determinació de l'adulterament de la llet en aigua, per a la preparació de dissolució en l'indústria farmacèutica, para anàlisis clínics de sanc i orina, etc.
Història
[editar | editar còdic]El químic francés François-Marie Raoult va estudiar les propietats de les dissolució en diversos dissolvents, com aigua, benceno o àcit acètic, i va publicar els seus resultats en 1882.[5] En eixe treball va explicar que els soluts disminuïxen les temperatures del punt de congelació de les dissolució i que la variació experimentada de la temperatura solament és proporcional a la cantitat de solut dissolt expressada en fracció molar i no depén de la seua naturalea.
En eixes investigacions, Raoult va posar a disposició dels químics un nou método analític de determinació de masses moleculars de substàncies dissoltes. Aixina, la llei de Raoult del descens crioscópico es va convertir en el método més útil per a la determinació de masses moleculars de substàncies orgàniques, especialment despuix d'haver segut millorat pel alemà Ernst Otto Beckmann. Els treballs de Raoult també varen ser utilisats, entre uns atres, per Jacobus Henricus van 't Hoff i Wilhelm Ostwald, com a respal per a l'hipòtesis de la dissociació electrolítica en les dissolució, ademés de permetre a Svante August Arrhenius dispondre de proves experimentals per a la seua teoria de la dissociació electrolítica.
Jacobus Henricus van 't Hoff va realisar un estudi sistemàtic de les propietats coligativas de les dissolució publicat en 1885.[6] En eixe treball va observar que un extens grup de dissolució no obedia les lleis simples que havia descobert Raoult, inclús variant les dilució. Eixes anomalies, que eren excepcionalment elevades en el cas de molts electrolitos, varen conduir a van 't Hoff a introduir el cridat «factor de van 't Hoff», un factor empíric que intenta corregir l'equació de Raoult per a poder aplicar-la en electrolitos.
Raoult també va donar nom a eixa nova tècnica analítica, a la que va cridar crioscopia, a partir de les paraules gregues κρυoς (kryos, que significa fret) i σκοπέω (skopein, que significa mirar, examinar o observar).[7]
Causes del descens crioscópico
[editar | editar còdic]
El descens crioscópico es pot explicar a partir de la variació d'entropía que es produïx durant el canvi de fase.[8] La entropía és una mida del desorde del sistema. Aixina, un sòlit pur està més ordenat que un líquit pur, i per lo tant, este últim té una major entropía, un major desorde. El desorde es deu a que les partícules (molèculas, àtoms o ions) d'un sòlit ocupen una posició fixa i solament vibren al voltant d'eixa posició. Pel contrari, en un líquit les partícules estan en moviment i no tenen una posició determinada. Una dissolució líquida té més desorde que un líquit pur ya que en la dissolució, ademés de les partícules del dissolvent en moviment, també es troben les partícules de solut en moviment, lo que fa que el sistema estiga més desordenat. Podem ordenar els sistemes de més a menys entropía:
La variació d'entropía que es produïx durant un canvi d'estat, en este cas de líquit a sòlit, és la diferència d'entropía entre els estats final i inicial. En el cas d'un dissolvent pur, la variació correspon a la diferència d'entropía entre el dissolvent sòlit i el dissolvent líquit i se li cridarà ∆fusS*; en el cas d'una dissolució, la variació d'entropía és la diferència entre la entropía del dissolvent sòlit i la dissolució, i se li cridarà ∆fusS. Esta última és superior a la primera perque la dissolució té més entropía que el dissolvent líquit. Per lo tant:
Per un atre costat, la congelació és una transició de fase de primer orde, és dir, té lloc en una variació brusca d'entropía de forma pràcticament reversible a la temperatura i pressió d'equilibri. Aixina, es pot relacionar la variació d'entropía que es produïx en l'entalpia de canvi de fase (calor latent), ∆fusH, i la temperatura, Tfus, segons l'equació:[2][3]
Ya que la variació de l'entalpia, ∆fusH, és constant, tant en el pas del dissolvent líquit a sòlit com del dissolvent de la dissolució a sòlit, s'obté que si la variació d'entropía és major en el cas de la dissolució, la temperatura del canvi de fase deurà ser menor per a que el segon membre de l'igualtat aumente per a igualar la major variació d'entropía de la congelació del dissolvent de la dissolució. Matemàticament es demostra:
Per tant, les temperatures de congelació de les dissolució són sempre menors que les del dissolvent pur degut a que la dissolució té més entropía, més desorde, que el dissolvent líquit pur. A major concentració de solut, major desorde, major entropía en la dissolució i, per lo tant, menor temperatura de congelació i major descens crioscópico.[9]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Colligative properties of water» (en anglés). Water Structure and Science. London South Bank University. Archivat des d'el original, el 5 de juliol de 2009. Consultat el 22 de juny de 2009.
- ↑ 2,0 2,1 Díaz Penya (1980). Química física, 1.ª edició, Madrit: Alhambra, pp. 874-875. ISBN 84-205-0575-7.
- ↑ 3,0 3,1 Rodríguez (setembre de 2000). Termodinàmica química, Madrit: Síntesis. ISBN 84-7738-581-5.
- ↑ Babor, J. A. (1979). Química General Moderna, 8.ª edició, Barcelona: Marín. ISBN 84-7102-997-9.
- ↑ 5,0 5,1 (1882).Comptes Rendus.Pariu:95
- 1030-1033.Consultat el 22 de juny de 2009.
- ↑ Van't Hoff, J. H.. L'équilibre chimique dans els systèmes gazeux ou dessus à l'état dilué, 1885.
- ↑ Alcover, A.M.; Moll, F. de B. «Diccionari català-valencià-balear.» (en català). Moll. Archivat des d'el original, el 26 d'agost de 2004. Consultat el 26 de juny de 2009.
- ↑ Gillespie, R. J. (1990). Química (II), 1.ª edició, Barcelona: Reverté, pp. 607. ISBN 84-291-7188-6.
- ↑ (2005) American Chemical Society (ed.). Química: Un proyecte de la American Chemical Society, Barcelona: Reverté, pp. 558-560. ISBN 8429170014.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Descenso crioscópico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.