Una proprietà colligativa è una caratteristica descrittiva utilizzata nella chimica delle soluzioni. Più semplicemente, le proprietà colligative sono quelle proprietà della soluzione che dipendono dal numero di molecole di soluto in una data soluzione, ma non dall’identità di quelle molecole di soluto. Ci sono solo poche proprietà della soluzione che sono colligative: pressione di vapore, elevazione del punto di ebollizione, depressione del punto di congelamento e pressione osmotica. Le proprietà colligative sono definite solo per soluzioni ideali.
In chimica, le soluzioni sono definite come costituite da un soluto, o sostanza disciolta, e un solvente, o sostanza dissolvente. Ad esempio, se un po’ di sale da cucina viene sciolto in acqua, il sale è il soluto e l’acqua è il solvente. Le proprietà colligative di questa soluzione sono proprietà che dipendono solo dal numero di molecole di sale o dal rapporto tra il numero di molecole di sale e il numero di molecole di solvente. Le proprietà colligative della soluzione non dipendono dal fatto che il soluto sia sale, o da una qualsiasi delle caratteristiche del sale. Una proprietà colligativa è una proprietà che per qualsiasi soluzione si comporterà allo stesso modo, indipendentemente dal fatto che la soluzione contenga sale, zucchero o qualsiasi altro possibile soluto.
Delle quattro proprietà colligative della soluzione, la pressione di vapore, l’elevazione del punto di ebollizione e la depressione del punto di congelamento sono strettamente correlate. La pressione di vapore come proprietà colligativa è descritta dalla legge di Raoult. La legge di Raoult afferma fondamentalmente che per una soluzione ideale, la tensione di vapore della soluzione totale dipende dalla tensione di vapore di ciascuno dei componenti chimici, nonché dalla frazione molare di ciascuno dei componenti chimici in soluzione. Più praticamente, questa relazione significa che quando un soluto viene aggiunto a una soluzione, la variazione della tensione di vapore dipende solo dal rapporto tra soluto e molecole di solvente. Ancora una volta, poiché è una proprietà colligativa, la variazione della pressione di vapore non dipende dall’identità del soluto aggiunto.
L’elevazione del punto di ebollizione e la depressione del punto di congelamento sono proprietà colligative che cambiano ciascuna in tandem con le variazioni della pressione di vapore. Quando un soluto viene aggiunto alla soluzione, i soluti abbassano la tensione di vapore del solvente. La variazione di pressione provoca un corrispondente aumento del punto di ebollizione e una diminuzione del punto di congelamento della soluzione. In altre parole, quando un soluto viene aggiunto a una soluzione, la soluzione ora bollirà a una temperatura più alta e congelerà a una temperatura più bassa.
La pressione osmotica è la quarta proprietà colligativa della soluzione. L’osmosi è definita come il movimento di molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile in un’area che contiene un numero maggiore di molecole di soluto. La pressione osmotica è la quantità di pressione che deve essere applicata a un lato della membrana semipermeabile per impedire il passaggio del solvente. La pressione osmotica di una soluzione ideale a temperatura costante è proporzionale alla concentrazione di soluto o, in altre parole, dipende solo dal numero di molecole di soluto.
Le proprietà colligative della soluzione possono sembrare complesse da definire, tuttavia possono essere comprese intuitivamente attraverso alcuni esempi comuni. Molti cuochi aggiungono sale a una pentola piena d’acqua durante la cottura della pasta, il che fa cuocere la pasta più velocemente. Questa azione sfrutta una proprietà colligativa. L’aggiunta del sale aumenta il punto di ebollizione dell’acqua, che permette alla pasta di cuocere più velocemente ad una temperatura dell’acqua più alta.
La depressione del punto di congelamento è anche comunemente sfruttata dagli chef. Sia lo zucchero che il sale come soluti aiutano il gelato a congelarsi. Lo zucchero nel gelato influenza la temperatura alla quale il gelato si congela e l’acqua salata intorno al contenitore del gelato crea un ambiente più freddo in cui il gelato si congelerà più rapidamente.