Punto di congelamento

Il punto di congelamento, chiamato anche punto di congelamento, è la temperatura alla quale una sostanza allo stato liquido diventa uno stato solido. In altre parole: il punto di congelamento è il punto in cui un liquido si solidifica.

Nel caso dell'acqua pura (H2O), il punto di congelamento è 0 °C. Ciò significa che, finché si trova a una temperatura superiore a 0 °C e inferiore a 100 °C (poiché questo è il suo punto di ebollizione), l'acqua sarà allo stato liquido. Se la temperatura scende al di sotto di 0°C, l'acqua gelerà e diventerà un solido (ghiaccio).

Continuando con l'esempio dell'acqua, sempre prendendo valori teorici (poiché in pratica i processi possono avvenire ad altre temperature), possiamo vedere come una sostanza cambia stato in base a diversi punti.

Prendiamo l'acqua ad una temperatura ambiente di 20°C: l'acqua sarà un liquido. Se il liquido è sottoposto a un processo di raffreddamento, quando raggiunge 0°C raggiungerà il suo punto di congelamento e diventerà un solido. D'altra parte, se si inizia a riscaldare l'acqua a partire da 20°C, quando raggiunge i 100°C raggiungerà il suo punto di ebollizione e diventerà un vapore.

Anche se questo valore, 0°C, è effettivamente il punto di congelamento dell'acqua, questo è vero solo se le condizioni di pressione atmosferica sono normali e se l'acqua non contiene un certo grado di impurità. Se ci sono tali impurità, allora è necessario farle congelare, per formare piccoli semi o nuclei di ghiaccio per aiutare il congelamento del liquido. Uno studio di simulazione dell'acqua condotto dai ricercatori H. Eugene Stanley e Pradeep Kumar ha scoperto che in alcuni casi il punto di congelamento può arrivare a meno 47 gradi Celsius, molto lontano dal valore tradizionale menzionato sopra.

Se guardiamo il punto di congelamento di una soluzione (per esempio l'acqua di mare, che è acqua con sale), dipenderà dal tipo di solvente e dalla molalità del soluto nel solvente in questione. Più alta è la molalità, più basso è il punto di congelamento.

La molalità è espressa dalla lettera m ed è il numero di moli di soluto presenti in un chilogrammo di solvente. Quando è richiesta la preparazione di soluzioni di una particolare molalità, si può effettuare in un becher (un recipiente a forma di cilindro spesso usato in laboratorio, soprattutto per riscaldare o preparare sostanze, e anche per trasferire liquidi) e una bilancia analitica usata per pesare, ricordandosi di annotare il peso del becher prima di versare la sostanza per dare il valore esatto.

Nel caso della molarità, un concetto che a volte viene confuso con essa semplicemente per la sua somiglianza ortografica, la preparazione di una soluzione richiede l'uso di un pallone volumetrico (materiale volumetrico usato per misurare il volume di un liquido in base alla capacità del pallone stesso; ha un collo stretto e alto, che aumenta la precisione delle misure).

Continuando con la molalità, che influisce direttamente sul punto di congelamento di certe soluzioni, il maggior vantaggio che porta come metodo di misurazione è che non dipende dalla pressione o dalla temperatura, poiché non è una funzione del volume, e permette un calcolo più accurato di altri. La ragione è che la temperatura e la pressione di una soluzione sono una funzione del volume, e quindi cambiano se cambiano le prime.