Innalzamento ebullioscopico: l'acqua salata bolle più in alto

Aggiungere sale all’acqua della pasta non serve solo a insaporirla: fa bollire l’acqua a una temperatura leggermente più alta. È l’innalzamento ebullioscopico, la proprietà colligativa gemella dell’abbassamento crioscopico. Sciogliere un soluto non volatile in un liquido ne alza il punto di ebollizione, e di quanto si calcola con una formula del tutto analoga a quella del congelamento.

Vediamo perché il punto di ebollizione si alza, come si usa la formula del ΔTᵇ, perché è un effetto sempre piccolo e quali applicazioni ha, dalla cucina all’antigelo.

Che cosa significa «bollire»

Un liquido bolle quando la sua tensione di vapore eguaglia la pressione esterna: a quel punto si formano bolle di vapore in tutto il volume e non solo in superficie. Al livello del mare l’acqua pura bolle a 100 °C, perché a quella temperatura la sua tensione di vapore raggiunge la pressione atmosferica. La presenza di un soluto non volatile cambia proprio la tensione di vapore del solvente, ed è da qui che nasce l’innalzamento del punto di ebollizione.

Perché il soluto alza il punto di ebollizione

Un soluto non volatile riduce la tensione di vapore del solvente, perché le particelle di soluto occupano parte della superficie e ostacolano la fuga delle molecole di solvente verso la fase gassosa (lo vedremo in dettaglio con la legge di Raoult). Se la tensione di vapore è più bassa, alla temperatura di ebollizione del solvente puro essa non basta più a eguagliare la pressione esterna: bisogna scaldare di più per recuperare. Di conseguenza la soluzione bolle a una temperatura superiore a quella del solvente puro.

La formula del ΔTᵇ

L’innalzamento si calcola con una relazione lineare nella molalità, perfettamente parallela a quella del congelamento:

ΔTᵇ = Kᵇ · m · i

dove ΔTᵇ è l’innalzamento del punto di ebollizione, Kᵇ è la costante ebullioscopica del solvente (per l’acqua vale circa 0,512 °C·kg/mol), m la molalità e i il fattore di van’t Hoff, cioè il numero di particelle per unità di formula. La temperatura di ebollizione della soluzione è quella del solvente puro più questo ΔTᵇ.

Perché l’acqua salata della pasta bolle più in alto

È l’esempio classico, ma conviene ridimensionarlo. Per cucinare si usa di solito circa 10 grammi di sale per litro d’acqua: una molalità modesta, che alza il punto di ebollizione di appena un decimo di grado scarso. Salare l’acqua, insomma, non fa cuocere la pasta significativamente più in fretta: il sale serve al sapore. L’innalzamento ebullioscopico esiste davvero, ma con le quantità di cucina è un effetto minuscolo. Per ottenere innalzamenti di qualche grado servono soluzioni molto concentrate.

Applicazioni reali

Dove l’innalzamento ebullioscopico conta davvero è nei sistemi di raffreddamento dei motori: lo stesso glicole etilenico dell’antigelo alza il punto di ebollizione della miscela acqua-glicole, permettendole di funzionare a temperature più alte senza evaporare e proteggendo il motore d’estate. Storicamente, inoltre, la misura precisa dell’innalzamento ebullioscopico (ebullioscopia) è servita a determinare la massa molare di soluti incogniti, allo stesso modo della crioscopia. In entrambi i casi si sfrutta la proporzionalità diretta tra l’effetto misurato e il numero di moli di soluto.

Costanti ebullioscopiche di alcuni solventi

Come per la crioscopia, ogni solvente ha la sua costante ebullioscopica. Ecco alcuni valori di riferimento, accanto al punto di ebollizione del solvente puro:

Confrontando questa tabella con quella crioscopica si nota un fatto generale: per uno stesso solvente la costante crioscopica è quasi sempre maggiore di quella ebullioscopica, ed è il motivo per cui le determinazioni di massa molare basate sul congelamento sono più sensibili di quelle basate sull’ebollizione.

Domande frequenti

Che cos’è l’innalzamento ebullioscopico?

È l’aumento del punto di ebollizione di un solvente quando vi si scioglie un soluto non volatile. È una proprietà colligativa, quindi dipende solo dal numero di particelle disciolte. La soluzione bolle a una temperatura superiore a quella del solvente puro, di una quantità proporzionale alla molalità.

Come si calcola l’innalzamento del punto di ebollizione?

Con la formula ΔTᵇ = Kᵇ · m · i, dove Kᵇ è la costante ebullioscopica del solvente (per l’acqua circa 0,512 °C·kg/mol), m la molalità e i il fattore di van’t Hoff. Il punto di ebollizione della soluzione è quello del solvente puro più questo ΔTᵇ.

Aggiungere sale all’acqua la fa bollire molto prima?

No, l’effetto è minimo. Con le quantità usate in cucina (circa 10 g di sale per litro) il punto di ebollizione si alza di meno di un decimo di grado: del tutto trascurabile per i tempi di cottura. Il sale si aggiunge per il sapore, non per far bollire prima la pasta.

Perché un soluto alza il punto di ebollizione?

Perché abbassa la tensione di vapore del solvente: le particelle di soluto ostacolano la fuga delle molecole di solvente verso la fase gassosa. Alla temperatura di ebollizione del solvente puro la tensione di vapore non basta più a eguagliare la pressione esterna, quindi bisogna scaldare di più, e la soluzione bolle più in alto.

Perché l’innalzamento ebullioscopico è più piccolo dell’abbassamento crioscopico?

Perché per uno stesso solvente la costante ebullioscopica è quasi sempre minore di quella crioscopica. Per l’acqua, per esempio, Kᵇ vale 0,512 contro 1,86 di Kᶠ: a parità di molalità il congelamento si abbassa molto di più di quanto si alzi l’ebollizione.