Fórmula del punto de congelación
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Punto de congelación del agua
El punto de congelación de una solución es menor que el punto de congelación del disolvente puro. Esto significa que una solución debe enfriarse a una temperatura inferior a la del disolvente puro para que se produzca la congelación.
El punto de congelación del disolvente en una disolución cambia según la concentración del soluto en la disolución (pero no depende de la identidad del disolvente ni de las partículas del soluto (tipo, tamaño o carga) en la disolución).
El punto de congelación del disolvente en una solución será menor que el punto de congelación del disolvente puro tanto si la solución contiene un soluto no volátil como un soluto volátil. Sin embargo, para simplificar, sólo se considerarán aquí los solutos no volátiles.
Constante crioscópica
Cuando un compuesto sólido se disuelve en un disolvente, el punto de congelación de la solución resultante es inferior al del disolvente puro. Este fenómeno se conoce como depresión del punto de congelación, y el cambio de temperatura está directamente relacionado con el peso molecular del soluto. Este experimento está diseñado para encontrar la identidad de un compuesto desconocido utilizando el fenómeno de la depresión del punto de congelación para determinar su peso molecular. El compuesto se disolverá en ciclohexano y se medirá el punto de congelación de esta solución, así como el del ciclohexano puro. La diferencia entre estas dos temperaturas permite calcular el peso molecular de la sustancia desconocida.
Los términos Tf° y Tf se refieren a las temperaturas del punto de congelación del disolvente puro y de la solución, respectivamente. El término “m” indica la molalidad de la solución, que se define como el número de moles de soluto por 1.000 g de disolvente. Se utiliza esta cantidad, en lugar de la molaridad, porque no depende de la temperatura. La constante Kf se denomina constante de depresión del punto de congelación y sólo depende del disolvente. El cambio de temperatura también depende del número de partículas de soluto en la solución: cuantas más partículas haya, mayor será el cambio de temperatura. Por esta razón, la ecuación anterior se escribe a veces como
Depresión del punto de congelación agua
El punto de congelación del vodka es inferior al del agua pura. El vodka y otras bebidas alcohólicas de alta graduación no suelen congelarse en un congelador doméstico. Sin embargo, el punto de congelación es superior al del etanol puro (-173,5 °F o -114,1 °C). El vodka puede considerarse una solución de etanol (soluto) en agua (disolvente). Al considerar la depresión del punto de congelación, hay que fijarse en el punto de congelación del disolvente.
La depresión del punto de congelación es una propiedad coligativa de la materia. Las propiedades coligativas dependen del número de partículas presentes, no del tipo de partículas ni de su masa. Así, por ejemplo, si tanto el cloruro de calcio (CaCl2) como el cloruro de sodio (NaCl) se disuelven completamente en agua, el cloruro de calcio bajaría el punto de congelación más que el cloruro de sodio porque produciría tres partículas (un ion de calcio y dos de cloruro), mientras que el cloruro de sodio sólo produciría dos partículas (un ion de sodio y uno de cloruro).
La depresión del punto de congelación tiene aplicaciones interesantes y útiles. Cuando se pone sal en una carretera helada, la sal se mezcla con una pequeña cantidad de agua líquida para evitar que el hielo derretido se vuelva a congelar. Si se mezclan la sal y el hielo en un bol o una bolsa, el mismo proceso hace que el hielo se enfríe, lo que significa que puede utilizarse para hacer helados. La depresión del punto de congelación también explica por qué el vodka no se congela en un congelador.