Compreendendo o congelamento de solventes

Quando um solvente puro congela, suas moléculas se organizam em uma rede ordenada, fortalecendo as forças intermoleculares. Na água, isto resulta numa rede hexagonal de ligações de hidrogénio que define as propriedades únicas do gelo.

O que acontece quando um soluto é adicionado?

A introdução de um soluto perturba a estrutura ordenada do solvente. As moléculas do solvente não conseguem mais se alinhar perfeitamente, então mais energia deve ser removida para que ocorra o congelamento. Na prática, isso significa que o ponto de congelamento da mistura é inferior ao do solvente puro – um fenômeno conhecido como depressão do ponto de congelamento. .

Definindo depressão do ponto de congelamento

A diminuição na temperatura de congelamento é diretamente proporcional à molalidade do soluto:

\(\Delta T_f =K_f \vezes m \vezes i\)

Onde:

• K_f é a constante molal de depressão do ponto de congelamento do solvente.
  
• m é a molalidade (moles de soluto por quilograma de solvente).
  
• eu é o fator van't Hoff, que representa o número de partículas nas quais o soluto se dissocia. Para NaCl, i =2.

A depressão do ponto de congelamento também é expressa como a diferença entre o ponto de congelamento do solvente puro (T_f ⁰) e o da solução (T_f ):

\(\Delta T_f =T_f^{\circ} - T_f\)

Por que a depressão do ponto de congelamento é útil?

Duas aplicações cotidianas demonstram sua importância:

• Anticongelante: O etilenoglicol reduz o ponto de congelamento da água, protegendo os radiadores automotivos do congelamento.
• Segurança no trânsito: Espalhar sal nas estradas no inverno reduz o ponto de derretimento do gelo, reduzindo manchas perigosas.

Exemplo Prático:Ponto de Congelamento de Água Salgada

Calcule o ponto de congelamento de uma solução contendo 100g de NaCl em 1kg de água.

1. Converta a massa de NaCl em moles:
   \(100\,\text{g} \times \dfrac{1\,\text{mol}}{58,44\,\text{g}} =1,71\,\text{mol}\)
2. Determinar a molalidade:
   \(m =\dfrac{1,71\,\text{mol}}{1\,\text{kg}} =1,71\,\text{m}\)
3. Aplique a fórmula da depressão:
   \(\Delta T_f =1,86\,\tfrac{\degree\text{C}}{\text{m}} \times 1,71\,\text{m} \times 2 =6,4\,\degree\text{C}\)
4. Subtraia do ponto de congelamento de 0°C da água pura:
   \(T_f =0\,\grau\text{C} - 6,4\,\grau\text{C} =-6,4\,\grau\text{C}\)

Assim, adicionar 100g de sal a 1kg de água diminui o ponto de congelamento para –6,4°C.

TL;DR

Adicionar um soluto como o sal reduz o ponto de congelamento do solvente. Quanto mais soluto estiver presente, maior será a depressão – explicando o anticongelante e a salga nas estradas.