Elettroliti: fattore di van't Hoff

Le proprietà colligative di una soluzione dipendono dal numero effettivo di particelle di soluto disciolte. Per un non elettrolita, ogni molecola di soluto che si dissolve produce una molecola di soluto disciolta. Tuttavia, gli elettroliti ionici, come il cloruro di sodio, si dissociano in ioni quando disciolti, mentre il gas di ammoniaca, un elettrolita covalente, reagisce con l'acqua per rilasciare ioni di ammonio e idrossido nella soluzione.

Quindi, per gli elettroliti, ogni molecola di soluto che si dissolve produce più di una particella di soluto disciolta. Pertanto, una soluzione 1 molare di un non elettrolita come il destrosio, avrà 1 mole di molecole di destrosio in una soluzione da 1 litro, mentre una soluzione 1 molare di un elettrolita come il cloruro di potassio si dissocerà in quasi 1 mole di ioni di potassio e 1 mole di ioni cloruro, per un totale di 2 moli di ioni in una soluzione da 1 litro. Con il doppio del numero di particelle di soluto, la pressione osmotica di una soluzione di cloruro di potassio 1 molare sarà il doppio di quella di una soluzione di destrosio 1 molare.

Il rapporto fra le moli di particelle che un soluto dissolvente forma nella soluzione e le moli di soluto aggiunte per formare una soluzione è detto fattore di van't Hoff, rappresentato da i. Viene calcolato dividendo il valore misurato di una proprietà colligativa per il valore calcolato da una formula. Considerate l'abbassamento del punto di congelamento di una soluzione di cloruro di potassio.

La depressione del punto di congelamento, ΔTf, è calcolata moltiplicando il fattore van't Hoff per il cloruro di potassio con la costante di depressione del punto di congelamento molale e la molalità del soluto. Se i è 2 e la costante di depressione del punto di congelamento dell'acqua è 1, 86°C per molale, la depressione del punto di congelamento di una soluzione di cloruro di potassio di 0, 100 molali è calcolata essere 0, 372°C. Tuttavia, la depressione del punto di congelamento misurata per una soluzione di cloruro di potassio da 0, 100 molali è di 0, 344°C.

Questa differenza esiste perché, quando un elettrolita si dissocia in ioni in soluzione, alcuni dei cationi e degli anioni si ricombinano. Questo fenomeno è detto accoppiamento ionico. Elettroliti forti con ioni altamente caricati, come il cloruro di ferro e il solfato di magnesio, possono formare forti interazioni elettrostatiche e quindi avere una maggiore tendenza a formare coppie di ioni.

Per elettroliti deboli, come l'idrossido di ammonio, la dissociazione in ioni è incompleta. Pertanto, sia per gli elettroliti forti che per quelli deboli il fattore van't Hoff è inferiore al previsto.