Comprendre les Propriétés Colligatives

Introduction aux Propriétés Colligatives

Les propriétés colligatives sont des propriétés d'une solution qui dépendent du nombre de particules de soluté dissoutes, mais pas de la nature chimique de ces particules. L'ajout d'un soluté non volatil à un solvant modifie ses propriétés physiques, notamment son point d'ébullition et son point de congélation.

Ébullioscopie : L'augmentation du point d'ébullition d'un solvant due à l'ajout d'un soluté.
Cryoscopie : L'abaissement du point de congélation d'un solvant due à l'ajout d'un soluté.

Formules et Constantes

Ces phénomènes sont décrits par les formules suivantes :

\Delta T_e = K_e \cdot m \quad (\text{Ébullioscopie})

\Delta T_c = K_c \cdot m \quad (\text{Cryoscopie})

Où : \(\Delta T\) est la variation de température (°C ou K), \(K\) est la constante ébullioscopique ou cryoscopique propre au solvant (\(^\circ\text{C} \cdot \text{kg/mol}\)), et \(m\) est la molalité de la solution (\(\text{mol/kg}\)).

La molalité (\(m\)) se calcule par : \(m = \frac{\text{moles de soluté}}{\text{masse de solvant (en kg)}}\).

Question à traiter

On dissout 36.0 g de glucose (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\)), un soluté non volatil, dans 250 g d'eau.

Données :

Masse molaire du glucose (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\)) : 180.16 g/mol.
Constante cryoscopique de l'eau (\(K_c\)) : 1.86 °C·kg/mol.
Constante ébullioscopique de l'eau (\(K_e\)) : 0.512 °C·kg/mol.
Points de congélation et d'ébullition de l'eau pure : 0.0 °C et 100.0 °C.

Calculez le nouveau point de congélation et le nouveau point d'ébullition de la solution.

Correction : Comprendre les Propriétés Colligatives

1. Calcul de la Quantité de Matière de Soluté (Glucose)

On calcule d'abord le nombre de moles de glucose dissous.

n_{\text{glucose}} = \frac{\text{masse}}{\text{Masse molaire}} = \frac{36.0 \, \text{g}}{180.16 \, \text{g/mol}} \approx 0.1998 \, \text{mol}

2. Calcul de la Molalité de la Solution

La molalité est le rapport entre les moles de soluté et la masse du solvant en kilogrammes. Il faut convertir la masse de l'eau de grammes en kilogrammes.

Masse du solvant (eau) = \(250 \, \text{g} = 0.250 \, \text{kg}\).

m = \frac{n_{\text{soluté}}}{\text{masse}_{\text{solvant (kg)}}} = \frac{0.1998 \, \text{mol}}{0.250 \, \text{kg}} \approx 0.799 \, \text{mol/kg}

3. Calcul du Nouveau Point de Congélation (Cryoscopie)

On calcule d'abord l'abaissement du point de congélation (\(\Delta T_c\)), puis on le soustrait du point de congélation de l'eau pure.

\begin{aligned} \Delta T_c &= K_c \cdot m \\ &= (1.86 \, ^\circ\text{C} \cdot \text{kg/mol}) \times (0.799 \, \text{mol/kg}) \\ &\approx 1.49 \, ^\circ\text{C} \end{aligned}

Le nouveau point de congélation est :

T_{c, \text{solution}} = T_{c, \text{eau}} - \Delta T_c = 0.0 \, ^\circ\text{C} - 1.49 \, ^\circ\text{C} = -1.49 \, ^\circ\text{C}

Le nouveau point de congélation de la solution est -1.49 °C.

4. Calcul du Nouveau Point d'Ébullition (Ébullioscopie)

On calcule d'abord l'élévation du point d'ébullition (\(\Delta T_e\)), puis on l'ajoute au point d'ébullition de l'eau pure.

\begin{aligned} \Delta T_e &= K_e \cdot m \\ &= (0.512 \, ^\circ\text{C} \cdot \text{kg/mol}) \times (0.799 \, \text{mol/kg}) \\ &\approx 0.409 \, ^\circ\text{C} \end{aligned}

Le nouveau point d'ébullition est :

T_{e, \text{solution}} = T_{e, \text{eau}} + \Delta T_e = 100.0 \, ^\circ\text{C} + 0.409 \, ^\circ\text{C} = 100.409 \, ^\circ\text{C}

Le nouveau point d'ébullition de la solution est 100.41 °C.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Si on ajoute du sel sur une route verglacée, le point de congélation de l'eau...

Augmente.
Diminue.
Reste inchangé.

2. Les propriétés colligatives dépendent de :

La nature chimique du soluté.
La couleur de la solution.
La quantité de particules de soluté.

Glossaire

Propriétés Colligatives: Propriétés physiques des solutions qui dépendent du rapport entre le nombre de particules de soluté et le nombre de molécules de solvant, et non de la nature du soluté.
Ébullioscopie: L'augmentation de la température d'ébullition d'un liquide causée par la dissolution d'un soluté non volatil.
Cryoscopie: L'abaissement de la température de congélation d'un liquide causée par la dissolution d'un soluté.
Molalité (m): Une mesure de la concentration d'une solution, exprimée en moles de soluté par kilogramme de solvant (mol/kg).
Soluté non volatil: Un soluté qui a une très faible tendance à s'évaporer dans les conditions considérées. Sa présence affecte principalement les propriétés du solvant.