Innalzamento ebullioscopico

Innalzamento ebullioscopico: formule ed esercizi

L'innalzamento ebullioscopico è una delle proprietà colligative delle soluzioni; tali proprietà dipendono unicamente dal numero di particelle di soluto presenti nel solvente e non dalla loro natura chimica e fisica.

Che cos'è l'innalzamento ebullioscopico?

Un liquido entra in ebollizione quando la sua tensione di vapore uguaglia la pressione atmosferica. Quando a un solvente puro aggiungiamo un soluto non volatile si ha un abbassamento della tensione di vapore. Ciò rende necessaria una temperatura di ebollizione più elevata rispetto a quella del solvente puro.

Pertanto una soluzione bolle a una temperatura maggiore di quella del solvente puro; l'aumento del punto di ebollizione è chiamato innalzamento ebullioscopico.

Quindi, si definisce innalzamento ebullioscopico la differenza tra la temperatura di ebollizione della soluzione (t_eb.soluz) e la temperatura di ebollizione del solvente puro (t_eb.solv).

Come calcolare l'innalzamento ebullioscopico

L'aumento della temperatura di ebollizione Δt_eb (Δt_eb = t_eb.soluz - t_eb.solv) di una soluzione rispetto a quella del solvente puro è direttamente proporzionale alla molalità (m) della soluzione:

dove Δt_ebè l'innalzamento ebullioscopico, uguale alla temperatura di ebollizione della soluzione meno quella del solvente puro (Δt_eb = t_eb.soluz - t_eb.solv) e K_eb è la costante ebullioscopica; K_eb varia da solvente a solvente e per l'acqua vale 0,515 (°C · kg) / mol.

Pertanto la temperatura di ebollizione di una soluzione si alza rispetto a quella del solvente puro; ad esempio, per l'acqua salata si presenta a una temperatura superiore a 100 °C (100°C è la temperatura di ebollizione, alla pressione di 1 atm, dell'acqua pura).

innalzamento ebullioscopico

Diagramma di stato di una soluzione (in azzurro) confrontato al diagramma di stato dell'acqua (in blu). Si noti come la linea della tensione di vapore della soluzione slitti verso destra ed incontri l'ordinata P = 1 atm a temperature superiori a 100°C.

Se la sostanza disciolta è dissociata in ioni, bisogna anche introdurre il coefficiente i di Van't Hoff. Esso vale 2, 3, 4, .... a seconda del numero di ioni in cui l'elettrolita è dissociato. Si ha:

Per esempio: nel caso del solfato di sodio (Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄²⁻) i = 3; nel caso dell'acido cloridrico (HCl → H⁺ + Cl⁻) i = 2.

È infine bene ricordare che se la soluzione è composta da due o più soluti non volatili, la molalità m che compare nella formula precedente, si ottiene sommando semplicemente la molalità dei singoli soluti.

Costanti ebullioscopiche di alcune sostanze

Nella seguente tabella vengono riportate le costanti ebullioscopiche (K_eb) e le relative temperature di ebollizione (t_eb), calcolate alla pressione di 1 atm, di alcuni solventi molto comuni.

Acqua: t_eb = 100,00°C ; K_cr = 0,515 (°C · kg) / mol

Alcol etilico: t_eb = 78,5°C ; K_cr = 1,22 (°C · kg) / mol

Acido acetico: t_eb = 118,9°C ; K_cr = 3,10 (°C · kg) / mol

Benzene: t_eb = 80,1°C ; K_cr = 2,53 (°C · kg) / mol

Cicloesano: t_eb = 80,7°C ; K_cr = 2,69 (°C · kg) / mol

Fenolo: t_eb = 180,5°C ; K_cr = 3,56 (°C · kg) / mol

Metanolo: t_eb = 64,7°C ; K_cr = 0,83 (°C · kg) / mol

Esercizio

Si calcoli l'innalzamento ebullioscopico di una soluzione acquosa ottenuta sciogliendo 10 g NaCl (MM = 58,44 g/mol) in 500 g di acqua, essendo noto che per l'acqua K_eb = 0,515 (°C · kg) / mol.

Svolgimento dell'esercizio

Calcoliamo il numero di moli di soluto dividendo la massa in grammi del soluto per il valore della massa molare del soluto stesso:

n = g/MM = 10/58,44 = 0,171 mol

Calcoliamo la molalità della soluzione dividendo il numero di moli di soluto per la massa in kg del solvente:

m = n/m_solv = 0,171/0,500 = 0,342 mol/kg

Calcoliamo infine l'innalzamento ebullioscopico:

Δt_eb = i · K_eb · m

In questo caso bisogna però ricordare che il cloruro di sodio è un elettrolita, ovvero è un composto che in soluzione acquosa si dissocia in ioni (Na ⁺ e Cl⁻), secondo l'equazione:

NaCl → Na ⁺ + Cl⁻

Essendo due gli ioni che si vengono a formare (Na ⁺ e Cl⁻) il coefficiente i di Van't Hoff vale 2. Pertanto:

Δt_eb = i · K_eb · m = 2 · 0,515 · 0,342 = 0,35°C

Pertanto la soluzione bollirà ad una temperatura pari a:

t_eb.soluz = 100 + 0,35 = 100,35°C

Esercizi sulle proprietà colligative

Li trovi al seguente link: esercizi sulle proprietà colligative.

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