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A depressão do ponto de congelamento é o fenômeno observado quando o ponto de congelamento de uma solução é menor que o do solvente puro.
Esse fenômeno resulta de interações entre as moléculas de soluto e solvente. A diferença nas temperaturas de congelamento é diretamente proporcional ao número de partículas de soluto dissolvidas no solvente.
A massa molar de um soluto não volátil pode ser calculada a partir da diferença nas temperaturas de congelamento se as massas do solvente e do soluto na solução forem conhecidas.
Este vídeo apresentará a relação entre a depressão do ponto de congelamento e a massa molar do soluto, um procedimento para determinar a massa molar de um soluto desconhecido e algumas aplicações do mundo real de induzir e observar mudanças na temperatura de congelamento.
A depressão do ponto de congelamento é uma propriedade coligativa, o que significa que é afetada apenas pela proporção de partículas de soluto para solvente, e não por sua identidade.
No ponto de congelamento de uma substância pura, as taxas de fusão e congelamento são iguais.
Quando uma solução é resfriada até o ponto de congelamento de seu solvente, as moléculas de solvente começam a formar um sólido. É menos favorável energeticamente para formar uma rede mista de partículas de solvente e soluto. As partículas de soluto permanecem na fase de solução. Apenas as interações solvente-solvente contribuem para a formação da rede, portanto, as interações solvente-soluto reduzem a taxa de congelamento em comparação com a do solvente puro.
A temperatura na qual o congelamento começa é o ponto de congelamento da solução. A solução continua esfriando à medida que congela, mas essa diminuição contínua da temperatura reflete o aumento da concentração de soluto na fase de solução.
Eventualmente, a temperatura da solução é tão baixa e tão pouco solvente permanece na fase líquida que se torna favorável para as partículas de soluto formarem uma rede. Uma vez atingido este ponto, a temperatura permanece aproximadamente constante até que a mistura tenha congelado.
A massa molar do soluto e, portanto, a identificação do soluto, pode ser determinada a partir da relação entre o ponto de congelamento do solvente puro, o ponto de congelamento da solução e a molalidade da solução. Molalidade, ou m, é uma medida de concentração em mols do soluto por quilograma do solvente. Essa relação depende da constante de depressão do ponto de congelamento do solvente e do número de partículas de soluto produzidas por unidade de fórmula que se dissolve.
A molalidade pode ser expressa em termos de massa molar, de modo que a equação pode ser reorganizada para resolver a massa molar do soluto. Inserir isso na equação do ponto de congelamento permite a elucidação da massa molar, uma vez que a diferença de temperatura é conhecida. Agora que você entende o fenômeno da depressão do ponto de congelamento, vamos passar por um procedimento para determinar a massa molar de um soluto desconhecido a partir de temperaturas de ponto de congelamento. O soluto é uma molécula orgânica não iônica e não volátil que produz uma partícula por unidade de fórmula dissolvida, e o solvente é ciclohexano.
Para iniciar este experimento, conecte a sonda de temperatura ao computador para coleta de dados. Insira a sonda de temperatura e um agitador no recipiente de amostra.
Defina a duração da coleta de dados e a taxa de amostragem. Aguarde tempo suficiente na coleta de dados para que a amostra congele.
Defina os limites superior e inferior da faixa de temperatura a ser amostrada.
Adicione 12 mL de ciclohexano a um tubo de ensaio limpo e seco. Limpe a sonda de temperatura com um Kimwipe. Insira o conjunto da rolha no tubo de ensaio de forma que a ponta da sonda de temperatura fique centralizada no líquido e não toque nas laterais ou no fundo.
Em um copo, prepare um banho de água gelada. Em seguida, inicie a coleta de dados de temperatura.
Coloque o tubo de ensaio no banho de água gelada, certificando-se de que o nível de líquido no tubo de ensaio esteja abaixo da superfície. Mexa continuamente o líquido a uma taxa constante.
Assim que o congelamento começar, permita que a coleta de dados continue até que a parcela se estabilize a uma temperatura constante. Este é o ponto de congelamento do ciclohexano puro. Remova o tubo de ensaio do banho de água gelada e deixe-o aquecer até a temperatura ambiente.
Uma vez que o ciclohexano tenha derretido, pese com precisão o material sólido desconhecido no papel de pesagem. Remova a rolha do tubo de ensaio e adicione o sólido. Evite permitir que o composto adira ao tubo de ensaio.
Volte a colocar a rolha e agite a solução até que o sólido esteja completamente dissolvido. É importante que não restem cristais sólidos.
Defina os parâmetros para a coleta de dados e prepare um banho de água gelada fresca. Inicie a coleta, coloque o tubo de ensaio no banho e mexa continuamente a uma taxa constante. Uma vez que o congelamento começa, o ponto de congelamento continua a diminuir devido ao aumento da concentração de soluto. Continue coletando dados até que a inclinação dessa diminuição seja evidente. Quando o experimento terminar, deixe a solução do composto desconhecido aquecer até a temperatura ambiente e depois descarte-o de acordo com os procedimentos para resíduos orgânicos.
Neste experimento, sabe-se que a substância desconhecida é um dos cinco compostos possíveis: bifenil, bromoclorobenzeno, naftaleno, antraceno e dibromobenzeno. A identidade do desconhecido pode ser determinada comparando sua massa molar com essas substâncias conhecidas.
O soluto desconhecido produz uma partícula por unidade de fórmula dissolvida. Para calcular a massa molar do composto desconhecido, a constante de depressão do ponto de congelamento do ciclohexano, a massa de soluto e solvente usada e a diferença nas temperaturas de congelamento são necessárias.
0,147 g do soluto desconhecido foram usados neste exemplo. A constante de depressão do ponto de congelamento do ciclohexano é 20,2 ? C-kg por mol de soluto. A densidade e o volume do ciclohexano são usados para calcular a massa do solvente.
Os valores do ponto de congelação do solvente puro e do ponto de congelação da solução são determinados a partir das parcelas.
Se o composto for conhecido por ser um dos poucos compostos possíveis, como neste experimento, a massa molar pode simplesmente ser comparada a esses compostos. Das cinco opções fornecidas para este experimento, o naftaleno é a correspondência mais próxima.
O fenômeno da depressão do ponto de congelamento tem muitas aplicações dentro e fora do laboratório.
O cloreto de cálcio é preferido ao cloreto de sódio para tratar estradas geladas devido aos efeitos da depressão do ponto de congelamento. Como o cloreto de cálcio libera uma partícula a mais do que o cloreto de sódio, ele deprime ainda mais o ponto de congelamento da água e, assim, derrete o gelo em temperaturas mais baixas.
Neste estudo, um experimento de fusão foi conduzido com duas misturas diferentes de ferro-enxofre. A amostra com a maior fração de massa de enxofre estava completamente líquida na temperatura do experimento, enquanto a amostra com menos enxofre ainda estava parcialmente sólida. Isso demonstra que, com o aumento das impurezas, neste caso o enxofre, o ponto de fusão observado é menor do que o do sólido puro. Aqui, as diferenças de ponto de fusão entre as duas amostras fornecem informações sobre a formação do núcleo da Terra.
Você acabou de assistir à introdução de JoVE ao uso da depressão do ponto de congelamento para determinar a identidade de um composto desconhecido. Agora você deve entender o fenômeno da depressão do ponto de congelamento, a relação entre a depressão do ponto de congelamento e a massa molar do soluto e por que o fenômeno é útil para uma variedade de indústrias.
Obrigado por assistir!
