Comment trouver le point de congélation d'une solution : explications détaillées

Découvrez « Comment trouver le point de congélation d'une solution » dans notre guide rapide. Comprendre les techniques essentielles pour une détermination précise du point de congélation.

Comment trouver le point de congélation d'une solution

Dans cet article de blog, nous explorerons le concept de recherche du point de congélation d'une solution. Nous discuterons de la définition du point de congélation et de l’importance de le déterminer. Ensuite, nous aborderons différentes méthodes pour calculer le point de congélation d’une solution, y compris des formules et des exemples. Enfin, nous aborderons la relation entre les points d’ébullition et de congélation. Alors, commençons!

Définition du point de congélation

Le point de congélation d’une solution est la température à laquelle la solution passe de l’état liquide à l’état solide. C'est la température à laquelle les molécules de la solution perdent suffisamment d'énergie pour former une structure solide stable. Le point de congélation est une propriété caractéristique d’une substance et il est affecté par la présence de solutés dans une solution.

Importance de déterminer le point de congélation

La détermination du point de congélation d'une solution est importante pour plusieurs raisons. Premièrement, cela nous aide à comprendre le comportement des substances lorsqu’elles subissent des transitions de phase. Deuxièmement, cela est crucial dans diverses industries, telles que l’alimentation et la pharmacie, où des températures de congélation précises sont nécessaires au contrôle qualité. De plus, le point de congélation d’une solution peut fournir des informations précieuses sur la concentration et la pureté du soluté présent.

Méthodes pour calculer le point de congélation d'une solution

Utiliser la formule pour trouver le point de congélation

Pour calculer le point de congélation d’une solution, on peut utiliser la formule :

$\Delta T_f = K_f \cdot m$

où:
- $\DeltaT_f$ est la dépression du point de congélation (la différence entre le point de congélation du solvant pur et le point de congélation de la solution),
- $K_f$ est la constante cryoscopique (une propriété du solvant),
– (m) est la molalité de la solution (le nombre de moles de soluté par kilogramme de solvant).

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En connaissant la constante cryoscopique d’un solvant spécifique et la molalité de la solution, nous pouvons facilement calculer la dépression du point de congélation.

Comment calculer le point de congélation d'une solution aqueuse

Pour les solutions aqueuses, il faut prendre en compte la dissociation des particules de soluté. Lorsqu'un composé ionique ou un acide ou une base forte se dissout dans l'eau, il se dissocie en ions individuels. Cette dissociation affecte la molalité de la solution et, par conséquent, l'abaissement du point de congélation.

Pour calculer le point de congélation d'une solution aqueuse, nous utilisons l'équation :

$\Delta T_f = K_f \cdot m \cdot i$

où (i) est le facteur de Van't Hoff, qui représente le nombre de particules en lesquelles une molécule de soluté se dissocie.

Comment calculer le point de congélation d'une solution molale

Dans certains cas, la molalité d’une solution peut ne pas être donnée directement. Au lieu de cela, on pourrait nous donner la masse du soluté et du solvant. Pour calculer la molalité dans de tels cas, nous utilisons la formule :

$m = \frac{n_{soluté}}{m_{solvant}}$

De $n_{soluté}$ est le nombre de moles du soluté et $m_{solvant}$ est la masse du solvant en kilogrammes.

Exemples pratiques de recherche du point de congélation

Explorons quelques exemples pratiques pour consolider notre compréhension de la façon de trouver le point de congélation d'une solution.

Exemple de recherche du point de congélation d'une solution d'eau

Supposons que nous ayons une solution où 25 grammes de saccharose $C_{12}H_{22}O_{11}$ est dissous dans 500 grammes d'eau. La masse molaire du saccharose est de 342.3 g/mol. Nous voulons trouver la dépression du point de congélation de cette solution.

Tout d’abord, on calcule le nombre de moles de saccharose :

$n_{soluté} = \frac{25 \, \text{g}}{342.3 \, \text{g/mol}} = 0.073 \, \text{mol}$

Ensuite, on calcule la molalité de la solution :

$m = \frac{0.073 \, \text{mol}}{0.5 \, \text{kg}} = 0.146 \, \text{mol/kg}$

En supposant que la constante cryoscopique de l'eau est $1.86 \, \text{°C/mol/kg}$ , nous pouvons maintenant calculer la dépression du point de congélation :

$\Delta T_f = (1.86 \, \text{°C/mol/kg}) \cdot (0.146 \, \text{mol/kg}) = 0.271 \, \text{°C}$

Le point de congélation de cette solution est donc $0.271 \, \text{°C}$ inférieur au point de congélation de l’eau pure.

Exemple de recherche du point de congélation d'une substance

Considérons un scénario différent dans lequel nous avons 20 grammes d'une substance inconnue dissous dans 100 grammes de benzène. La masse molaire de la substance inconnue est de 120 g/mol. La constante de dépression du point de congélation pour le benzène est $5.12 \, \text{°C/mol/kg}$ .

Voir aussi 11 facteurs affectant la solubilité : tout ce que vous devez savoir

Tout d’abord, calculez le nombre de moles de la substance inconnue :

$n_{soluté} = \frac{20 \, \text{g}}{120 \, \text{g/mol}} = 0.167 \, \text{mol}$

Calculez ensuite la molalité de la solution :

$m = \frac{0.167 \, \text{mol}}{0.1 \, \text{kg}} = 1.67 \, \text{mol/kg}$

En utilisant la constante cryoscopique du benzène, nous pouvons maintenant déterminer la dépression du point de congélation :

$\Delta T_f = (5.12 \, \text{°C/mol/kg}) \cdot (1.67 \, \text{mol/kg}) = 8.54 \, \text{°C}$

Le point de congélation de cette solution est donc $8.54 \, \text{°C}$ inférieur au point de congélation du benzène pur.

Exemple de recherche du nouveau point de congélation d'une solution

Considérons maintenant une situation dans laquelle nous souhaitons déterminer le nouveau point de congélation d'une solution après avoir ajouté un soluté spécifique. Supposons que nous ayons 200 grammes d'eau et que nous ajoutions 50 grammes de sel $NaCl$ à cela. La masse molaire de (NaCl) est de 58.44 g/mol.

Tout d’abord, calculez le nombre de moles de (NaCl) :

$n_{soluté} = \frac{50 \, \text{g}}{58.44 \, \text{g/mol}} = 0.857 \, \text{mol}$

Calculez ensuite la molalité de la solution :

$m = \frac{0.857 \, \text{mol}}{0.2 \, \text{kg}} = 4.285 \, \text{mol/kg}$

En supposant que la constante cryoscopique de l'eau est $1.86 \, \text{°C/mol/kg}$ , on peut calculer la dépression du point de congélation :

$\Delta T_f = (1.86 \, \text{°C/mol/kg}) \cdot (4.285 \, \text{mol/kg}) = 7.97 \, \text{°C}$

Puisque le point de congélation de l’eau pure est $0 \, \text{°C}$ , le nouveau point de congélation de la solution sera $-7.97 \, \text{°C}$ .

Comment trouver le point d'ébullition et de congélation d'une solution

Définition du point d’ébullition

Le point d’ébullition d’une solution est la température à laquelle la solution passe de l’état liquide à l’état gazeux. C'est la température à laquelle la pression de vapeur du liquide est égale à la pression atmosphérique.

Relation entre le point d'ébullition et le point de congélation

Le point d’ébullition et le point de congélation d’une solution sont liés d’une manière spécifique. L'abaissement du point de congélation et l'élévation du point d'ébullition sont toutes deux des propriétés colligatives, ce qui signifie qu'elles dépendent de la concentration de particules de soluté dans la solution. Bien que l’ajout de particules de soluté abaisse le point de congélation d’une solution, cela augmente le point d’ébullition de la solution. Cette relation est le résultat de la perturbation des interactions moléculaires normales du solvant par les particules de soluté.

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Exemple de recherche du point d'ébullition et de congélation d'une solution

Prenons un exemple pour comprendre la relation entre les points d'ébullition et de congélation. Supposons que nous ayons une solution où 10 grammes de sel $NaCl$ est dissous dans 200 grammes d'eau. La masse molaire de (NaCl) est de 58.44 g/mol.

Tout d’abord, calculez le nombre de moles de (NaCl) :

$n_{soluté} = \frac{10 \, \text{g}}{58.44 \, \text{g/mol}} = 0.171 \, \text{mol}$

Calculez ensuite la molalité de la solution :

$m = \frac{0.171 \, \text{mol}}{0.2 \, \text{kg}} = 0.855 \, \text{mol/kg}$

En supposant que la constante cryoscopique de l'eau est $1.86 \, \text{°C/mol/kg}$ et la constante ébullioscopique de l'eau est $0.512 \, \text{°C/mol/kg}$ , nous pouvons calculer la dépression du point de congélation et l’élévation du point d’ébullition :

Abaissement du point de congélation:

$\Delta T_f = (1.86 \, \text{°C/mol/kg}) \cdot (0.855 \, \text{mol/kg}) = 1.5898 \, \text{°C}$

Élévation du point d'ébullition :

$\Delta T_b = (0.512 \, \text{°C/mol/kg}) \cdot (0.855 \, \text{mol/kg}) = 0.438 \, \text{°C}$

Le point de congélation de cette solution sera donc $1.5898 \, \text{°C}$ inférieur au point de congélation de l'eau pure, tandis que le point d'ébullition sera $0.438 \, \text{°C}$ ultérieure.

Et cela conclut notre exploration de la façon de trouver le point de congélation d’une solution. Nous avons discuté de la définition du point de congélation, de l'importance de le déterminer, des différentes méthodes pour calculer le point de congélation, et avons même abordé la relation entre les points d'ébullition et de congélation. J'espère que ce guide vous a permis de bien comprendre ce sujet !

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Raghavi Acharya

Je m'appelle Raghavi Acharya, j'ai complété mon post-diplôme en physique avec une spécialisation dans le domaine de la physique de la matière condensée. J'ai toujours considéré la physique comme un domaine d'étude captivant et j'aime explorer les différents domaines de cette matière. Pendant mon temps libre, je me consacre à l'art numérique. Mes articles visent à transmettre les concepts de physique d'une manière très simplifiée aux lecteurs.