SCIENZA

DEI MATERIALI

Chimica Fisica

Dr. Fabio Mavelli Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Bari

Lezione I Laboratorio

Esperienze Laboratorio 2

1. Determinazione dell’entalpia di evaporazione dell’acqua

2. Determinazione dell’entalpia di combustione standard del saccarosio.

3. Abbassamento crioscopico:

• determinazione del peso molecolare di un soluto

• determinazione del coefficiente di van’t Hoff

a) per un acido debole

b) elettrolita forte

Determinazione dell’entalpia di evaporazione dell’acqua

3

Determinazione Hev dell’acqua 4

Per determinare l’entalpia di evaporazione dell’acqua un certa massa di acqua deve essere portata a T=100°C e p=1atm di equilibrio per la transizione di

fase:

in un sistema chiuso parzialmente coibentato e si devono seguire le variazioni di pressione in funzione del temperatura mentre il sistema si raffredda lentamente.

p0, T0

2

2

g

l

H O

H O

ln

o

evapHp C

RT

Riportando in grafico ln(p) contro 1/T ed interpolando i dati sperimentali con l’equazione di una retta (metodo dei minimi quadrati pesati) si può ricavare il Hev dell’acqua grazie all’equazione di Clausius e Clapeyron:

1/T

ln P

o

evapHtg

R

Equazione di

Clausius-Clapeyron

Apparato sperimentale 5

Barometro differenziale

pamb

Impianto refrigerante

Cuffia scaldante

Rubinetto aperto

Rubinetto chiuso

Termometro a mercurio

Sistema coibentato

Acqua distillata

I fase - Caricamento Sistema 6

Rubinetto aperto

Rubinetto chiuso

2

1

4

3

1. Viene messo in funzione l’impianto refrigerante aprendo il rubinetto dell’acqua 5

2. vengono aperti i rubinetti 1 e 2 in modo da poter riempire il sistema con vapor d’acqua;

3. Viene chiuso il rubinetto 3

4. viene accesa la cuffia scaldante in modo da portare l’acqua in ebollizione

5. viene seguita la temperatura sul termometro in modo da verificare che raggiunga i 100°C.

6. dal momento che la temperatura del termometro ha raggiunto i 100°C e l’acqua inizia a condensare nel Becker bisogno aspettare un decina di minuti per essere certi che il sistema sia pieno solo da vapore d’acqua in equilibrio con il liquido (sia stata cioè allontanata tutta l’aria).

5

Nota bene: durante questa fase si può notare uno sbilanciamento nei bracci del manometro

II fase – Chiusura del Sistema 7

Rubinetto aperto

Rubinetto chiuso

2

1

4

3 1. Vengono chiusi i rubinetti 2 e 1, il sistema è adesso chiuso (non scambia materia con l’ambiente) ed è pieno di vapore a 100 gradi in equilibrio con l’acqua liquida

2. Viene aperto il rubinetto 3

(Attenzione! Se il rubinetto 3 resta chiuso per errore il sistema va in pressione è può saltare)

3. Viene spenta la cuffia scaldante.

5

Nota bene: alla chiusura del sistema i bracci del monometro devono riequilibrarsi

T=100°C

III fase – Raffreddamento del Sistema e misura 8

Rubinetto aperto

Rubinetto chiuso

2

1

4

3

1. il sistema si raffredda lentamente scambiando calore con l’ambiente esterno a temperatura inferiore

2. la variazione di temperatura è accompagnata da una variazione della pressione del sistema dovuta alla condensazione dell’acqua

3. In questa fase vanno registrati i valori di pressione del sistema attraverso le letture della differenza di altezza dei due bracci

psis = pamb - 2h torr

4. Si leggono i valori di h per valori di temperatura decrescenti di 2 gradi in due gradi fino ad una temperatura di 60°C (serie pari)

5

T=100°C

h

h

T °C h torr

98 12

96 38

94 62

92 85

90 106

… …

Serie di Misure 9

L’esperimento va ripetuto una seconda volta effettuando una serie di misure per valori della temperatura decrescenti di 2 gradi in due gradi a partire da 99°C fino 60°C (serie dispari)

T °C h torr

99 7

97 38

95 52

93 61

91 77

… …

Termometri e manometro 10

Grafico Ln(p) vs T-1

11

Riportando in grafico il logaritmo naturale della pressione contro l’inverso della temperatura e interpolando linearmente i dati si ottiene dal coefficiente angolare della retta il valore dell’entalpia di evaporazione diviso per la costante universale dei gas R:

ln o

evap

ap b H aR

T

Determinazione dell’entalpia di combustione standard del

saccarosio

Calore di reazione 13

Il Calore di Reazione è la quantità di calore Q che accompagna una reazione chimica isoterma

Amb

costanteT Q ProdottiReagenti

NOTA BENE: è importante che reagenti e prodotti siano alla stessa temperatura altrimenti parte del calore in gioco sarà utilizzato per riscaldare o ceduto dal raffreddamento dei prodotti.

Se la reazione avviene a volume costante allora si parla

V = costante ENERGIA DI REAZIONE ER

Se la reazione avviene a pressione costante allora si parla

p = costante ENTALPIA DI REAZIONE HR Qp= HR

QV=ER

T 298.15p 1bar

kcal/mol6 5 ( ) 2( ) 22

177 3 6.3

2sol gg liq

C H COOH O CO H O

Calorimetro: Bomba di Mahler 14

Per il calcolo del calore di combustione viene usato un calorimetro a volume costante in cui la reazione viene fatta avvenire in un reattore di acciaio inox (la bomba di Mahler) immerso in un bagno termico all’interno di un sistema termicamente isolato (calorimetro adiabatico).

La combustione avviene a volume costante all’interno del reattore innescata elettricamente per effetto joule.

pulsante innesco

pulsanti agitatore ON/OFF

agitatore meccanico

camicia isolante

bagno termico

Bomba di Mahler

Termogramma 15

La quantità di calore scambiato a volume costante viene determinata registrando un termogramma, ossia seguendo l’aumento della variazione di temperatura del bagno termico in funzione del tempo.

Dal termogramma viene determinata la variazione di temperatura T del bagno dovuta al calore di reazione sviluppato a volume costante e, conoscendo la capacità termica C del calorimetro, è possibile ricavare il valore di Qv con l’equazione:

T

VQ C T

E’ quindi necessaria effettuare una operazione di taratura al fine di determinare la capacità termica C del calorimetro prima di effettuare la misura del calore di reazione della sostanza di interesse.

La taratura viene realizzata bruciando all’interno della bomba una massa nota m di un composto di cui sia noto il ER di reazione specifico, registrando il termogramma e determinando T. La capacità termica C sarà quindi data da:

Rm EC

T

Determinazione HR del saccarosio

16

La determinazione dell’entalpia standard di combustione del saccarosio avviene quindi in tre fasi:

I. Combustione dell’acido benzoico per tarare il calorimetro

II. Combustione del saccarosio per misurare il calore di reazione a volume costante Qv.

III. Correzioni del Qv del saccarosio nell’entalpia standard di combustione H

R

Il procedimento delle prime due fasi è analogo in quando si tratta di bruciare una certa quantità di sostanza nella bomba Mahler e registrare il relativo termogramma e determinare il T dovuto alla reazione.

L’unica accortezza che si deve avere è nel non variare la configurazione del calorimetro dopo la taratura e prima della misura, soprattutto non variare la quantità di acqua del bagno termico.

Attrezzatura 17

pesa filtri

rocchetto filo di ferro

pinza

Bomba

Pasticche acido benzoico

Crogiuolo di quarzo

Tappo a vite

Valvola ingresso ossigeno

Sfiato contatto elettrico

contatti elettrici

supporto plastico isolante

Camicia isolante

Bagno termico

Fasi I e II 18

Le fasi I e II si consistono nel bruciare una massa nota di una certa sostanza nella bomba e registrare il relativo termogramma per cui hanno delle procedure che sono comuni:

A. preparazione bomba

B. preparazione calorimetro

C. registrazione termogramma

A-Preparazione Bomba 19

Il caricamento del reattore (bomba) avviene nelle seguenti fasi:

1. realizzare la spiralina di ferro per l’innesco elettrico della reazione

2. pesare la spiralina di ferro con il pesa filtri

3. legare la spiralina ai contatti elettrici della bomba e posizionarla nel crogiuolo

4. pesare la pasticca di acido benzoico con il pesa filtri e posizionarla nel crogiuolo al di sopra della spiralina

5. chiudere la bomba avvitando il tappo

6. caricare la bomba con ossigeno in eccesso a circa 25-30 atm (con l’aiuto del tecnico)

crogiuolo di quarzo

pesa filtri

pasticche acido

benzoico

B-Preparazione Calorimetro 20

Una volta preparato il reattore va inserito all’interno del calorimetro:

1. Posizionare la bomba all’interno del calorimetro al centro del serbatoio che conterrà l’acqua del bagno termico

2. collegare i contatti elettrici (non ha importanza la polarità)

3. aggiungere l’acqua di rubinetto in modo da ricoprire interamente il reattore ma senza che i contatti elettrici vadano in corto circuito.

4. posizionare l’agitatore meccanico ed il termometro nel bagno termico in modo che peschino circa a metà del volume di acqua.

5. accendere l’agitatore

6. fare delle prove di lettura del termometro

Livello acqua bagno termico

C-Registrazione del Termogramma 21

Un volta preparato il calorimetro si può passare alla registrazione del termogramma:

1. Fase inziale: si fa partire il cronometro e si legge il primo tratto di variazione della temperatura del bagno termico dovuto alle fughe termiche registrando i valori di temperatura ogni 30 secondi per almeno 5 minuti.

2. Reazione: dopo l’ultima lettura della fase inziale si preme il pulsante per l’innesco elettrico e si tiene premuto per qualche secondo per far partire la combustione; dopo qualche istante la temperatura dovrebbe iniziare a variare velocemente: le letture vengono fatte ogni 15 secondi; si dovrebbe registrare una variazione di temperatura totale di circa due gradi.

3. Fase finale: quando la temperatura riprende a variare lentamente si torna a leggere ogni 30 secondi per 5 minuti.

Pulsante innesco

Pulsanti on/off agitatore Se dopo l’innesco la temperatura non inizia a variare

velocemente significa che la combustione non è partita e bisogna ripetere le procedure di preparazione della bomba e calorimetro step (A e B)

Fine Fase I: Taratura 22

Una volta registrato il termogramma della combustione dell’acido benzoico che serve alla taratura del calorimetro si può procedere alla combustione del saccarosio:

1. Il reattore va estratto dal bagno termico avendo l’accortezza di farlo sgocciolare all’interno del recipiente interno in modo da non variare la massa di acqua del bagno termico, ossia la capacità termica del calorimetro.

2. Poiché durante la reazione di combustione si forma dell’acqua allo stato liquido il reattore deve essere asciugato con l’ausilio di un asciugacapelli e se necessario con carta assorbente.

3. Il crogiuolo va ripulito da eventuali residui della combustione

4. Vanno eliminati gli eventuali residui del filo di ferro.

5. Si possono quindi ripetere le fasi A e B per il saccarosio

Calcolo T 23

T

I calcolo del T di reazione va effettuato tenendo conto che il sistema, sebbene isolato termicamente, scambia comunque calore con l’ambiente a causa delle fughe termiche e del lavoro meccanico fatto dall’agitatore sul liquido del bagno termico. Queste sono infatti evidenziate dal fatto che la fase iniziale e finale non sono perfettamente orizzontali (Temperatura del bagno termico costante) come sarebbe nel caso di un isolamento termico ideale. La loro pendenza può essere positiva o negativa, più o meno marcata a seconda della differenza di temperatura fra il bagno termico e l’ambiente.

Calcolo T 24

T

Per il calcolo del T corretto si può usare il metodo grafico di Dickinson:

1. si determinino i punti a e b di inizio e fine della reazione

2. Si calcola il valore della temperatura media Tm = (2Tb+Ta)/3

3. in corrispondenza del valore di tempo relativo alla temperatura Tm si legge il valore del T dal grafico

a

b

Tm

Tb

Ta

Determinazione capacità termica 25

Dal termogramma ottenuto per la combustione del acido Benzoico si ricavi il relativo T e si stimi il calore sviluppato dalla combustione in base ai grammi di acido benzoico effettivamente utilizzati ed al valore dell’energia di combustione (EC,Ac) tenendo conto anche del contributo dovuto alla combustione della spiralina di Ferro (EC,Fe)

, ,Ac Fe

C Ac C Fe

Ac Fe

m mE E

PM PA kJC

T K

T 298.15V=cost

6 5 ( ) 2( ) 22

177 3

2sol gg liq

C H COOH O CO H O

T 298.15V=cost

( ) 2 3( )2

32

2sol solg

Fe O F O

Determinazione capacità termica: calcolo EC 26

Le variazioni di energia interna per la combustione del acido Benzoico (EC,AcBen) e della spiralina di Ferro (EC,Fe) nelle condizioni di reazione possono essere in prima approssimazione stimate a partire dalle entalpie di combustione standard (HC) corrette in base alla formula:

C C C gas

C C m gas

H E pV E RT n

E H RT n

dove si è assunto per semplicità un comportamento ideale della fase gassosa (pV=nRT) e come temperatura di reazione Tm. Le variazione del numero di moli della fase gassosa dovuta alla reazione ngas deve essere stimata in base alla stechiometria di reazione come la differenza dei coefficienti stechiometrici dei prodotti meno i coefficienti dei reagenti tutti in fase gassosa. Ad esempio nel caso della combustione dell’acido benzoico:

17 37

2 2gasn

Determinazione capacità termica: calcolo HC 27

L’entalpia di combustione del (HC,Fe) nelle condizioni di reazione può essere approssimata all’entalpia di combustione standard (HC,Fe H

C,Fe=-824.2 kJ/mol) visto che comunque questo termine correttivo è piccolo poiché la massa del Ferro è limitata:

, ,C Fe C Fe m gasE H RT n

L’entalpia di combustione del acido Benzoico (HC,Ac), invece, deve essere corretta rispetto a quella in condizioni standard (H

C,Ac) per tener conto delle diverse condizioni di temperatura T (HT) e pressione (Hp) a cui la combustione è condotta:

, ,C Ac C Ac m gasE H RT n

, ,

corr corr

C Ac C Ac T pH H H H

Determinazione capacità termica: calcolo correzione HT 28

La correzione HT può essere calcolata in base alla legge di Kirchhoff assumendo come temperatura di reazione il valore Tm e considerando reagenti e prodotti puri nel loro stato standard:

298.15

298.15

298.15

mT

o o

C m C p C p m

cor o

T C m C p m

H T H C dT H C T

H H T H C T

dove:

ReagentiProdotti

, ,

1 1

o o o

p i p i j p j

i j

C c c

Determinazione capacità termica: calcolo correzione Hp 29

La correzione Hp tiene conto del fatto che la pressione di lavoro è di circa 25atm e che i gas hanno un comportamento non ideale. Può essere stimata immaginando il ciclo di reazioni:

C

m

C T

H

6 5 ( ) 2( ) 22 Tp=25atm

1 2

H H

6 5 ( ) 2( ) 22 Tp=1bar

177 3

2

177 3

2

corr

m

sol gg liq

sol gg liq

C H COOH O CO H O

H H

C H COOH O CO H O

ed applicando la legge di Hess

C C 1 2

p 1 2

H H H

H

corr

T

corr

H H

H H

Determinazione capacità termica: correzione composti in fase condensata

30

La variazione di entalpia per un composto puro in fase condensata può essere stimata partendo dalla formula del differenziale dell’entalpia:

T T

H SdH TdS Vdp T V

p p

ricordando l’equazione di Maxwell

pT

S V

p T

1 1

p poo o o o o

i i m i i m i

T p pT

H HV TV h dp V T dp V T p p

p p

e la definizione del coefficiente di dilatazione termica volumetrico

1V

p

V

V T

si ottiene la correzione h°i relativa ad una specie i in fase condensata (Ac.

Benzoico ed acqua)

con V°i e °i rispettivamente volume molare e coefficiente di dilatazione volumetrico

della specie i, assunti costanti nell’intervallo di pressioni considerato (p=25bar)

Determinazione capacità termica: correzione composti in fase gassosa

31

Per un composto in fase gassosa si può anche esprimere:

p po o

o o o o o o o

p JT i p JT p JT

p pT T

H Hc h dp c dp c p p

p p

per cui la correzione h°i relativa ad una specie i in fase gassosa (ossigeno o

anidride carbonica) diventa:

con c°i e °JT rispettivamente calore molare e coefficiente di Joule-Thomson del

specie i gasossa, entrambi assunti costanti nell’intervallo di pressioni considerato (p=25bar)

oo o

p JT

T

Hc

p

Determinazione capacità termica: correzioni H1 e H2 32

La correzione H1 è quella necessaria per portare i reagenti dalla condizione standard alle condizioni di lavoro:

2 2 21 , ,

17 171

2 2

o o o o o o

Ac O Ac m Ac p O JT OH h h V T c p p

Mentre la correzione H2 è quella necessaria per portare i prodotti dalle condizioni di lavoro alla condizione standard :

2 2 2 2 2 22 , ,3 7 3 1 7o o o o o o

H O CO H O m H O p CO JT COH h h V T c p p

Bisogna ovviamente tener conto dei coefficienti stechiometrici delle specie.

Determinazione capacità termica: calcolo EC,Ac corretto

33

, ,

corr corr

C Ac C Ac m gas T pE H RT n H H

Per cui alla fine il EC,Ac della combustione dell’acido benzoico corretto per la taratura del calorimetro diventa

con le correzioni

298.15corr o

T p mH C T

2 2 2 2 2 2, , , ,

171 3 1 7

2

corr o o o o o o o o

p Ac m Ac H O m H O p O JT O p CO JT COH V T V T c c p p

Poiché le correzioni possono essere molto contenute si determini prima il valore EC,Ac con l’errore commesso secondo la legge di propagazione dell’errore:

, ,C Ac C Ac m gasE H RT n

e si valuti, quindi, se le correzioni sono significative o rientrano nell’errore sperimentale

Determinazione EC di combustione del saccarosio

34

Dal termogramma ottenuto per la combustione del saccarosio si ricavi il relativo T e si stimi il EC molare in base ai grammi saccarosio effettivamente utilizzati tenendo conto anche del contributo dovuto alla combustione della spiralina di Ferro (EC,Fe)

,

,

FeC Fe

FeC Sac

Sac

Sac

mC T E

PA kJE

m K

PM

TV=cost

12 22 11( ) 2( ) 22

m

sol gg liqC H O xO yCO zH O

T 298.15V=cost

( ) 2 3( )2

32

2sol gg

Fe O F O

,C Sac C mH E RT n

lo si trasformi in un HC assumendo la fase gassosa a comportamento ideale

Determinazione HC

di combustione del saccarosio 35

,

corr corr

C Sac C m T pH E RT n H H

, ,

corr corr

C Ac C Ac T pH H H H

Come fatto in precedenza il valore dell’entalpia standard di combustione è legato a quello misurato attraverso le correzioni che tengono conto delle reali condizioni di reazione:

ossia

298.15corr o

T p mH C T

2 2 2 2 2 2, , , ,1 1corr o o o o o o o o

p Sac m Sac H O m H O p O JT O p CO JT COH V T zV T xc yc p p

dove:

anche in questo caso si valuti se le correzioni sono significative.

Esperienze di Crioscopia

36

Abbassamento crioscopico T 37

Si definisce abbassamento crioscopico la diminuzione della temperatura di congelamento di soluzioni liquide di un soluto non volatile.

Se le soluzioni sono diluite per cui si può assumere un comportamento ideale della soluzione allora si può dimostrare che l’abbassamento crioscopico Tcr è proporzionale alla molalità totale delle particelle di soluto in soluzione

o soluz

cr fus fus crT T T K i m

2 310o

fus

cr o

fus

RTK

H PM

dove Kcr è la costante di abbassamento crioscopico che è specifica del solvente

dove T°fus e H°fus sono rispettivamente la temperatura e l’entalpia di fusione

del solvente a p=1atm e PM il peso molecolare del solvente. Per l’acqua

11.86crK K Kg mol

Abbassamento crioscopico T 38

i è il coefficiente di van’t Hoff definito come segue:

che tiene conto del fatto che un soluto passando in soluzione può dissociarsi per dare un numero di particelle maggiore rispetto alla concentrazione m della sostanza non dissociata. Ad esempio, in un caso del tutto generico, una mole di soluto potrebbe dissociarsi parzialmente come segue:

1 + ( - 1)i

1 q p

q pA B qA pB

con grado di dissociazione. Se la concentrazione del soluto è m la concentrazione totale delle particelle in soluzione sarà data da:

1 + + 1 1 1 1m mq mp m q p m m i

dal prodotto m per il coefficiente di van’t Hoff, con =p+q uguale al numero di particelle formate dalla dissociazione in accordo alla stechiometria.

Esperienza 39

Questa esperienza consiste del calcolare attraverso la determinazione del Tcr delle informazioni sul soluto o sul processo di dissociazione con cui la sostanza passa in soluzione.

Verranno quindi registrati 4 termogrammi di raffreddamento:

1. Termogramma acqua pura

2. Termogramma della soluzione acquosa di uno zucchero

3. Termogramma della soluzione acquosa di un elettrolita forte

4. Termogramma della soluzione acquosa di di un acido debole

il primo relativo al solvente e i secondi 3 a soluzioni di soluti non volatili.

Da questi sarà possibile effettuare:

1. Taratura del termometro a resistenza di Platino

2. Peso molecolare dello zucchero

3. Coefficiente di van’t Hoff dell’elettrolita forte

4. Grado di dissociazione e costante di equilibrio dell’acido debole.

Attrezzatura: Criostato 40

Per realizzare il termogramma di raffreddamento verrà utilizzato un criostato: un apparecchio che serve a mantenere a bassa temperatura un campione. Il criostato in laboratorio presenta due alloggiamenti per le provette delle soluzioni di cui si vuole determinare l’abbassamento crioscopico.

Provetta con la soluzione campione

Bracci meccanici per agitazione

soluzione

alloggiamento soluzione campione a

bassa temperatura

Accensione Criostato

Accensione agitatore

Attrezzatura: Provetta Soluzione 41

Le provette da inserire nel criostato sono dotate di un tappo di legno superiore forato attraverso cui passa l’agitatore metallico che verrà tenuto in movimento dal braccio meccanico del criostato ed il termometro.

La provetta presenta anche un collo laterale da cui sarà possibile inserire dei cristalli di ghiaccio in modo da favorire la solidificazione dell’acqua e limitare il fenomeno del sottoraffreddamento, ossia della formazione di uno stato metastabile di acqua liquida al di sotto della temperatura di congelamento.

Il fenomeno del sottoraffreddamento è presente sia per liquidi puri che per le soluzioni anche se in questo caso può essere più marcato. Si può cercare di far solidificare rapidamente l’acqua sottoraffreddata mediante una perturbazione meccanica, agendo manualmente sull’agitatore.

agitatore meccanico asola per il

passaggio del termometro

tappo in legno forato

Soluzioni per il Termogramma 42

Lo studente troverà le soluzioni già pronte in matracci posti sul bancone in laboratorio con sull’etichette i dati necessari per calcolarne la concentrazione.

Le soluzioni dovranno essere travasate manualmente nel provetta da inserire nel criostato in modo da riempirlo per circa 2/3.

Termometro e cronometro 43

A questo punto la provetta viene posta nel criostato ed al suo interno viene inserito il termometro digitale a resistenza di platino attraverso il tappo forato. Viene acceso, quindi, il braccio meccanico che inizierà a muovere in maniera lenta e regolare l’agitatore in modo da assicurare l’omogeneità della soluzione.

Si è quindi pronti per registrare il termogramma.

Quando la temperatura della soluzione arriva a 2.0°C si fa partire il cronometro e si inizia a leggere

valori di temperatura ogni 10 secondi

cronometro

T °C

tempo s

2.12 0

1.93 10

1.75 20

1.61 30

1.41 40

1.27 50

Dopo il congelamento dell’acqua le letture possono essere effettuate ogni 20 secondi e bisogna seguire il raffreddamento per un tempo sufficiente a determinare la nuova pendenza del termogramma

Termogramma soluzione e solvente 44

Raffreddamento soluzione

Il termogramma del raffreddamento di una soluzione (punti blu) e dell’acqua pura (punti rossi) presentano due andamenti differenti prima e dopo il punto di congelamento. Prima del punto di congelamento in entrambi i casi si osserva una curva a pendenza negativa. Dopo il punto di congelamento, il raffreddamento del solvente si arresta proprio alla temperatura di congelamento, poiché l’acqua che solidifica libera nell’ambiente calore (entalpia di solidificazione.) Nel caso di una soluzione, invece, la temperatura non resta costante, ma mostra una leggera pendenza negativa. Questo è dovuto al fatto che l’acqua solidifica e la soluzione si concentra in soluto, variando il suo calore specifico.

Temperatura di congelamento

soluzione

Temperatura di congelamento

solvente

crT

termogramma acqua

termogramma soluzione

ghiaccio + acqua

ghiaccio + soluzione

Termogramma soluzione e solvente 45

Raffreddamento soluzione

Poiché il termometro può risultare starato, oppure la pressione ambiente non è esattamente 1atm, il termogramma dell’acqua serve appunto a correggere i dati di temperatura ricavando T°fus.

Dal termogramma della soluzione, invece, si ricava la temperatura di congelamento della soluzione Tfus prolungando la curva del raffreddamento dopo il congelamento (interpolando i dati con una retta) fino ad incontrare la curva di raffreddamento della soluzione prima del congelamento e determinando Tfus come il valor di temperatura corrispondente all’intersezione. Si avrà

Temperatura di congelamento soluzione Tfus

Temperatura di congelamento solvente T°fus

crT

termogramma acqua

termogramma soluzione

ghiaccio + acqua

ghiaccio + soluzione

o

cr fus fusT T T

Soluzione di Glucosio 46

Il glucosio (D+) passa in soluzione senza cambiare stato molecolare:

6 12 6 126 6s aqC H O C H O

per cui i=1 e la formula dell’abbassamento crioscopico diventa:

cr crT K m

La molalità m del soluto può essere espressa come rapporto fra i grammi del glucosio gG diviso il peso molecolare del glucosio PMG diviso la massa del solvente gaq espressa in Kg gaq/103:

310G

aq G

gm

g PM

per cui misurando il Tcr crioscopico è possibile determinare il peso molecolare del soluto:

310cr GG

cr aq

K gPM

T g

Soluzione di KCl 47

il cloruro di potassio è un elettrolita forte che passa in soluzione dissociandosi completamente (=1) in ioni:

s aq aqKCl K Cl

per cui il coefficiente di van’t Hoff dovrebbe essere uguale a i=1-(-1)=2.

Dalla formula dell’abbassamento crioscopico:

cr crT K i m

possiamo provare a determinare sperimentalmente il valore del coefficiente di van’t Hoff per confrontarlo con il dato atteso:

2cr

cr

TimK

Soluzione di Acido Cloro Acetico 48

Un acido debole AH in soluzione acquosa si dissocia non completamente (<1) secondo l’equilibrio:

1

AK

aq aqAH A H

m m m

il coefficiente di van’t Hoff risulta quindi essere uguale a i=(1+), (=2).

Dalla formula dell’abbassamento crioscopico:

1cr cr crT K i m K m

possiamo determinare il valore del grado di dissociazione e quindi calcolare la costante KA dell’acido cloro acetico.

1cr

cr

T

mK

2

1A

mK