Comprendre le gel des solvants

Lorsqu’un solvant pur gèle, ses molécules s’organisent en un réseau ordonné, renforçant les forces intermoléculaires. Dans l’eau, cela se traduit par un réseau hexagonal de liaisons hydrogène qui définit les propriétés uniques de la glace.

Que se passe-t-il lorsqu'un soluté est ajouté ?

L’introduction d’un soluté perturbe la structure ordonnée du solvant. Les molécules de solvant ne peuvent plus s’aligner parfaitement, il faut donc extraire davantage d’énergie pour que le gel se produise. En pratique, cela signifie que le point de congélation du mélange est inférieur à celui du solvant pur, un phénomène connu sous le nom de abaissement du point de congélation. .

Définir la dépression du point de congélation

La diminution de la température de congélation est directement proportionnelle à la molalité du soluté :

\(\Delta T_f =K_f \times m \times i\)

Où :

• K_f est la constante de dépression du point de congélation molaire du solvant.
  
• m est la molalité (moles de soluté par kilogramme de solvant).
  
• je est le facteur de Van’t Hoff, représentant le nombre de particules en lesquelles le soluté se dissocie. Pour NaCl, i =2.

La dépression du point de congélation est également exprimée comme la différence entre le point de congélation du solvant pur (T_f ⁰) et celle de la solution (T_f ):

\(\Delta T_f =T_f^{\circ} - T_f\)

Pourquoi la dépression du point de congélation est-elle utile ?

Deux applications quotidiennes démontrent son importance :

• Antigel : L'éthylène glycol abaisse le point de congélation de l'eau, protégeant ainsi les radiateurs automobiles du gel.
• Sécurité routière :Saupoudrer du sel sur les routes d'hiver abaisse le point de fusion de la glace, réduisant ainsi les nappes dangereuses.

Exemple pratique :point de congélation de l'eau salée

Calculez le point de congélation d'une solution contenant 100 g de NaCl dans 1 kg d'eau.

1. Convertir la masse de NaCl en moles :
   \(100\,\text{g} \times \dfrac{1\,\text{mol}}{58,44\,\text{g}} =1,71\,\text{mol}\)
2. Déterminer la molalité :
   \(m =\dfrac{1,71\,\text{mol}}{1\,\text{kg}} =1,71\,\text{m}\)
3. Appliquez la formule de la dépression :
   \(\Delta T_f =1,86\,\tfrac{\degree\text{C}}{\text{m}} \times 1,71\,\text{m} \times 2 =6,4\,\degree\text{C}\)
4. Soustraire du point de congélation de l'eau pure à 0 °C :
   \(T_f =0\,\degré\text{C} - 6,4\,\degré\text{C} =-6,4\,\degré\text{C}\)

Ainsi, ajouter 100 g de sel à 1 kg d'eau abaisse le point de congélation à –6,4°C.

TL;DR

L’ajout d’un soluté comme le sel abaisse le point de congélation d’un solvant. Plus il y a de soluté présent, plus la dépression est grande, ce qui explique l'antigel et le sel de voirie.