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IL PUNTO CRIOIDRICO

postato da Diego Celotto [09/03/2018 14:13]


Quando una sostanza cristallina viene aggiunta a un liquido, il suo punto di congelamento viene abbassato.
Inoltre, quando una soluzione congela, si separa in cristalli del solvente e cristalli della sostanza disciolta.

Supponiamo di aggiungere 10 grammi di sale a 90 grammi di acqua per ottenere una soluzione salina al 10%. Il sale si scioglie e la temperatura della soluzione si abbassa. Il punto di congelamento delle soluzioni saline può essere mostrato nel diagramma dalla linea AB (Fig.1). La temperatura è rappresentata verticalmente e la percentuale di sale nella soluzione è rappresentata orizzontalmente.

Il punto di congelamento dell'acqua è 0 °C. Questo è rappresentato sulla linea AB di Fig. 1, in A.
Il punto di congelamento di una soluzione salina al 10% è di circa -5 °C. Questo è mostrato al punto X, dove la linea del punto di congelamento AB taglia la linea indicando una soluzione salina al 10%.
Se la soluzione salina viene raffreddata a - 5 °C parte dell'acqua si congela. Ciò lascia una concentrazione di sale maggiore del 10% nel resto della soluzione. Quindi il punto di congelamento del resto della soluzione viene abbassato. Se il raffreddamento della soluzione viene continuato, il ghiaccio continuerà a formarsi e la soluzione di sale rimanente diventerà più concentrata e il suo punto di congelamento si abbasserà. L'abbassamento del punto di congelamento può essere continuato fino a quando la linea AB taglia la linea BC.
Il punto B rappresenta il limite della solubilità del sale ad una temperatura di - 22 °C. Al di sotto di questa temperatura, il sale e l'acqua si separano, cristallizzando entrambi. Questo è chiamato il punto crioidrico.
Sia il ghiaccio che il sale possono essere raffreddati a temperature inferiori a - 22 °C. dopo che sono in forma solida.

Se il sale viene miscelato con acqua, si ottiene una soluzione satura quando la soluzione contiene 35,6 grammi di sale per 100 grammi di soluzione a 0 °C. Se questa soluzione viene raffreddata al di sotto di 0 ° C. la solubilità del sale non è così grande alle temperature più basse. Questo è mostrato sulla linea CB.
A temperatura un po' meno di 0 °C, il sale si combina con 2 molecole d'acqua. Quindi la pendenza della curva per la solubilità del sale cambia sotto 0 °C, e il sale si trova in soluzione come il diidrato. Se una soluzione salata satura viene raffreddata al di sotto di 0 °C, il sale in eccesso oltre il punto di saturazione viene precipitato dalla soluzione. Questo continuerà fino al raggiungimento del punto crioidrico.

Il sale viene spesso aggiunto al ghiaccio per una miscela gelata. Quando il sale viene aggiunto ad acqua e ghiaccio a 0 °C. non sono in equilibrio, anche se l'ambiente è a 0 °C, poiché l'aggiunta di sale abbassa il punto di congelamento della soluzione. Poiché non sono in equilibrio, il ghiaccio si scioglie e il sale si dissolve nell'acqua. C'è sempre un film d'acqua sulla superficie del ghiaccio. Come il sale si dissolve in questa piccola quantità di acqua assorbe il calore. Questo calore assorbito viene prelevato dalla salamoia o dall'ambiente circostante. Se il calore viene prelevato dalla salamoia, la temperatura della salamoia viene abbassata.

Quando il sale viene aggiunto al ghiaccio, può accadere una delle tre cose, a seconda della proporzione di ghiaccio e sale e della temperatura o dell'isolamento circostante. 

1. Tutto il sale può essere sciolto. Quando ciò accade, la fusione del ghiaccio riduce la concentrazione della soluzione salina e la temperatura non viene abbassata oltre il punto ottenuto quando la soluzione contiene la più alta concentrazione di sale.
2. Tutto il ghiaccio potrebbe sciogliersi. Quando il ghiaccio si scioglie, la temperatura non può essere abbassata in misura maggiore, perché non c'è più ghiaccio da sciogliere per assorbire il calore.
3. Il punto crioidrico può essere raggiunto. A questo punto la soluzione diventa solida e si separa in ghiaccio e sale.
 


Fig. 1 
Il punto di congelamento di soluzioni contenenti diverse percentuali di cloruro di sodio e la solubilità del cloruro di sodio inferiore a 0 °C.