Crioscopia

Ogni sostanza pura ha un punto di congelamento ben definito, in condizioni normali.

Ad esempio l'acqua solidifica, alla pressione atmosferica, a 0 °C.
Se però sciogliamo nell'acqua una certa sostanza, la sua temperatura di solidificazione si abbassa.

Tale abbassamento della temperatura nell'acqua (solvente) dipende dalla quantità e dal tipo di sostanza che viene disciolta (soluto).

La relazione matematica che permette di calcolare l'abbassamento della temperatura di congelamento è:

(30)

ove K_c è la costante crioscopica e m la molalità del soluto (numero di moli di soluto disciolte in 1 kg di solvente puro).

Per calcolare la molalità del soluto basta ricordare che:

(31)

ove g_u indica la quantità in grammi del soluto, g_v la quantità in grammi del solvente e PM_u la massa molecolare del soluto.

Per ogni solvente è possibile determinare una costante crioscopica per via sperimentale.

Infatti, come si evince dall'equazione (30), la costante crioscopica coincide con l'abbassamento della temperatura di congelamento qualora la molalità del soluto sia unitaria.

Per avere una molalità unitaria, come è possibile ricavare dall'equazione (31), è sufficiente disciogliere una mole di soluto in 1000 grammi di solvente

Tale fenomeno viene utilizzato nel campo della refrigerazione nelle piastre eutettiche, dispositivi in grado di accumulare freddo a temperature anche molto inferiori a 0 °C, grazie ad una soluzione eutettica, generalmente formata da acqua e da un soluto.

Le piastre eutettiche vengono utilizzate nella refrigerazione dei container, dei furgoni per il trasporto dei surgelati e dei gelati ed in tutte quelle situazioni in cui si vuole ottenere una bassa temperatura in piccoli ambienti non dotati di un impianto frigorifero funzionante autonomamente.

Una piastra eutettica è costituita da un serbatoio di forma parallelepipeda entro il quale è posta una serpentina in rame che funge da evaporatore.

Il serbatoio è formato da due gusci, generalmente costituiti in lamiera d'acciaio, saldati tra loro.

La serpentina è provvista di due attacchi che la possono mettere in comunicazione con un circuito frigorifero esterno (posizione 1).

Lo spazio libero tra il serbatoio e la serpentina è riempito dalla soluzione eutettica (posizione 2).
Generalmente di notte la piastra viene collegata ad un circuito frigorifero in modo che entro la serpentina transiti del refrigerante.
In questo modo la soluzione si solidifica, cedendo così calore latente.
Durante il giorno la piastra viene montata all'interno dell'ambiente da raffreddare, da cui sottrae calore, il calore latente di fusione necessario per far sciogliere il composto eutettico.

La temperatura alla quale la soluzione cambia di stato è variabile, a seconda del tipo di soluto e della sua concentrazione.

Una volta determinata la concentrazione del soluto, però, la temperatura di fusione rimane costante durante tutto il tempo in cui si verifica il cambiamento di stato.

I soluti più usati per ottenere basse temperature di fusione/solidificazione sono il nitrato di sodio e il cloruro di sodio.
Con essi si possono raggiungere temperature di congelamento anche di -35 °C.
 

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