Par Jack Brubaker
Mis à jour le 30 août 2022
Les gouvernements des États et des municipalités répandent fréquemment du sel sur les routes pour assurer leur sécurité. En abaissant le point de fusion de la glace – un effet connu sous le nom d’abaissement du point de congélation – le sel contribue à maintenir la fluidité de la circulation. Le même principe permet une expérience scientifique amusante et pédagogique qui peut aller d'une démonstration rapide à un projet détaillé complet avec des prédictions mathématiques. Tout ce dont vous avez besoin est une casserole et un thermomètre.
Lorsqu’un solide se dissout dans l’eau, il se brise en minuscules particules. Pour le sucre, ce sont des molécules individuelles; pour les sels comme le chlorure de sodium, ce sont des ions chargés. Ces particules perturbent la capacité des molécules d’eau à se transformer en solide lorsque la température approche du point de congélation, abaissant ainsi le point de congélation. Ce phénomène est universel dans tous les liquides, pas seulement dans l'eau.
Choisir la bonne mesure est essentiel. Plutôt que de demander quel échantillon gèle en premier, concentrez-vous sur la température à laquelle chaque solution atteint l’état solide. Cette approche révèle comment les impuretés modifient le point de congélation et fournit un résultat plus clair et plus significatif sur le plan scientifique.
L'équation établie pour la dépression du point de congélation est :
ΔT=–k·m
oùki est la constante d’abaissement du point de congélation molaire du solvant etmis la molalité de la solution (moles de particules par kilogramme de solvant). Pour l'eau,keégal à 1,86°C·kgmol⁻¹. Le saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁) a un poids moléculaire de 342,3 gmol⁻¹, la formule se simplifie donc comme suit :
ΔT=–1,86×(grammes de saccharose/342,3/kg d'eau)
Exemple :Dissoudre 10 g de saccharose dans 100 ml (≈0,100 kg) d'eau. ΔT=–1,86×(10/342,3/0,1)≈–0,54°C. Ainsi, la solution gèle à environ 0,54°C en dessous du point de congélation de l'eau pure.
En réorganisant la formule, les élèves peuvent déterminer expérimentalement le poids moléculaire d'un soluté :
MW=(–1,86×grammes de saccharose)/(ΔT×kg d'eau)
De nombreux cours de chimie au secondaire et au collégial utilisent cette méthode pour déterminer le poids moléculaire de substances inconnues. Une approche similaire fonctionne pour les études du point d'ébullition, avec la constantekchangeant à 0,52.