Zamrzovalna točka, kako jo izračunati in primere

On zamrzovalna točka To je temperatura, pri kateri snov doživi tekočino-trdno prehodno ravnovesje. Ko govorimo o snovi, je to lahko spojina, čisti element ali mešanica. Teoretično se vsa snov zamrzne, ko se temperatura zniža na absolutno nič (0k).

Vendar pa ekstremne temperature niso potrebne za opazovanje zamrzovanja tekočin. Ledene gore so eden najbolj očitnih primerov zamrznjenih vodnih mas. Tudi pojav lahko spremljate v realnem času s tekočimi dušikovimi kopeli ali z uporabo preprostega zamrzovalnika.

Vir: pxhere

Kakšna je razlika med zamrzovanjem in strjevanjem? Da je prvi postopek zelo odvisen od temperature, od čistosti tekočine in je termodinamično ravnovesje; Medtem ko je druga bolj povezana s spremembami kemične sestave snovi, ki se strdi, tudi ne da bi bila povsem tekoča (pasta).

Zato je zamrzovanje strjevanje; Toda nasprotno ni vedno res. Poleg tega mora za izključitev izraza utrjevanje obstajati tekoča faza v ravnovesju s trdno snovjo iste snovi; Ledene gore ustrezajo temu: plavajo na tekoči vodi.

Tako je zamrzovanje tekočine obrnjeno proti zamrzovanju trdne faze kot posledica znižanja temperature. Tlak vpliva tudi.

[TOC]

Kaj je točka zamrzovanja?

Ko se temperatura spušča, se povprečna kinetična energija molekul zmanjša in zato nekoliko upočasni. Če gremo počasneje v tekočini, je točka, v kateri so dovolj medsebojno, da tvorijo urejeno razporeditev molekule; To je prva trdna snov, iz katere bodo rasli večji kristali.

Če je ta prva trdna snov preveč "prepletana", bo treba še znižati temperaturo, dokler njegove molekule ostanejo še dovolj. Temperatura, pri kateri to ustreza točki zamrzovanja; Od tam se vzpostavi tekočino trdno ravnovesje.

Prejšnji scenarij se pojavlja za čiste snovi; Kaj pa, če niso?

V tem primeru jih morajo molekule prve trdne snovi pritrditi, da vključijo tuje molekule. Kot rezultat, nastane nečista (ali trdna raztopina), ki potrebuje nižjo temperaturo kot pri zamrzovanju za njegovo tvorbo.

Lahko vam služi: Srebrni nitrat (Agno3): struktura, lastnosti, uporabe, strupenost

Tam se potem govori Zamrzovalna točka se zmanjša. Medtem ko je več tujih molekul ali bolj pravilno, nečistoč, bo tekočina zamrznila pri vedno nižjih temperaturah.

Zamrznitev vs topnosti

Glede na mešanico dveh spojin, A in B, ko se temperatura spusti, se zamrzne, medtem ko B ostane tekoč.

Scenarij je podoben novo razloženim. Del A še ni zamrznjen in se zato raztopi v B. Je ravnovesje topnosti bolj kot v tekočem pogovoru s tekočino?

Oba opisa sta veljavna: oborine ali zamrzovanje, ki se loči od B, ko se temperatura spusti. Vse bo oborjeno, ko se v B nič ne raztopi; kar je isto kot pravi, da je popolnoma zamrznjen.

Vendar je bolj priročno obravnavati pojav z vidika zamrzovanja. Tako je prosto z lediščem, medtem ko bo B potreboval hladnejše temperature.

Vendar je "led A" res sestavljen iz trdne trdne snovi, ki ima bogatejšo sestavo B; Toda B je tudi tam. To je zato, ker je A + B homogena mešanica, zato se del te homogenosti prenese na zamrznjeno trdno snov.

Kako ga izračunati?

Kako je mogoče predvideti ali izračunati zamrzovalno točko snovi? Obstajajo fizikalno -kemijski izračuni, ki omogočajo približno vrednost omenjene točke pod drugimi tlaki (razen 1AATM, zunanjega tlaka).

Vendar se pretakajo v fuzijsko entalpijo (δ_Fus); Ker je združitev postopek v nasprotni smeri zamrzovanja.

Poleg tega je lažje določiti talilno točko snovi ali mešanice kot njegova zamrzovalna točka; Čeprav se morda zdijo enake, kažejo določene razlike.

Kot je omenjeno v prejšnjem razdelku: večja je koncentracija nečistoč, večja bo zmanjšanje zamrznitve. To lahko rečemo tudi na naslednji način: nižja je molarna frakcija x trdne snovi v mešanici, zmrznila se bo pri nižji temperaturi.

Enačba temperature spuščanja

Naslednja enačba izraža in povzame vse, kar je rečeno:

Lnx = -(δ_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Kjer je r konstanta idealnih plinov, ki ima skoraj univerzalno uporabo. Tº je normalna točka zamrzovanja (pri zunanjem tlaku), t pa je temperatura, pri kateri bo trdna snov zamrznjena na molsko frakcijo x.

Lahko vam služi: kemično izhlapevanje: kaj je sestavljeno, aplikacije in primeri

Iz te enačbe in po vrsti poenostavitve dobimo naslednje, bolj znano:

ΔTC = k_FM (2)

Kjer je m molealnost topljene ali nečistoče in k_F Je krioskopska konstanta komponente topila ali tekočine.

Primeri

Spodaj bo podan kratek opis zamrznitve nekaterih snovi.

Voda

Voda zamrzne okoli 0 ° C. Vendar se ta vrednost lahko zmanjša, če vsebuje topilo, raztopljeno v njej; Reči, sol ali sladkor.

Glede na količino raztopljenega topka obstajajo različne morale M; In s povečanjem m zmanjšuje x, katerega vrednost je mogoče nadomestiti v enačbi (1) in s tem čiščenje t.

Na primer, če se kozarec z vodo vnese v zamrzovalnik in drugo s sladko vodo (ali katero koli pijačo na osnovi vode), bo kozarec z vodo najprej zamrznil. To je zato, ker se njihovi kristali tvorijo hitreje brez motenj molekul glukoze, ionov ali drugih vrst.

Enako bi se zgodilo, če bi v zamrzovalnik dali kozarec z morsko vodo. Zdaj lahko kozarec z morsko vodo najprej zamrzne ali ne zamrzne s kozarcem s sladko vodo; Razlika bo odvisna od količine topljene in ne njena kemična narava.

Zaradi tega je zmanjšanje TC (temperatura zamrzovanja) koligativna lastnost.

Alkohol

Vir: Pixabay

Alkoholi zamrznejo pri hladnejših temperaturah kot tekoča voda. Na primer, etanol zamrzne okoli -114 ° C. Če se pomeša z vodo in drugimi sestavinami, bo nasprotno povečanje zamrzovalne točke.

Ker? Ker voda, tekoča snov in mešljiva z alkoholom, zamrzne pri precej višji temperaturi (0 ° C).

Če se uvedete, se bo tokrat vrnil v hladilnik z kozarci z vodo, če bo tokrat z alkoholno pijačo, bo to zadnja zamrznila. Večja kot je etilna stopnja, zamrzovalnik ga mora še bolj ohladiti, da pijačo zamrzne. Zaradi tega je pijače, kot je tekila, težje zamrzniti.

Mleko

Vir: Pixabay

Mleko je snov na osnovi vode, v kateri se maščoba razprši skupaj z laktozo in kalcijevim fosfatom, poleg drugih lipoproteinov.

Tiste najbolj topne komponente v vodi so tiste, ki določajo, koliko se bo njihova zamrzovalna točka razlikovala glede na sestavo.

Lahko vam služi: Oksidacijska številka: koncept, kako to izvleči in primere

V povprečju mleko zamrzne pri temperaturi okoli -0.54 ° C, vendar niha med -0.50 in -0.56, odvisno od odstotka vode. Tako lahko veste, ali je bilo mleko ponarejeno. In kot je razvidno, bo kozarec z mlekom skoraj hkrati z kozarcem z vodo zamrznil.

Ne zamrznejo vsi mleki pri isti temperaturi, ker je njihova sestava odvisna tudi od njegovega vira živali.

Živo srebro

Živo srebro je edina kovina, ki je v tekoči obliki pri sobni temperaturi. Če ga želite zamrzniti, je treba temperaturo znižati na -38.83 ° C; In tokrat se bo ideja, da bi jo vlila v kozarec.

Upoštevajte, da živo srebro pred alkoholom zamrzne. To je lahko zato, ker živo srebro vibrira manj z atomi, povezanimi s kovinskimi vezmi; Medtem ko so v etanolu, so molekule Cho₃Pogl₂Oh relativno lahka, ki jo je treba počasi namestiti.

Bencin

Od vseh primerov zamrzovalne točke je bencin najbolj zapleten. Tako kot mleko je tudi mešanica; Toda njegova osnova ni voda, ampak skupina več ogljikovodikov, vsaka s svojimi strukturnimi lastnostmi. Nekatere majhne molekule in druge velike.

Ti ogljikovodiki z nižjimi parnimi tlaki bodo najprej zamrznili; Medtem ko bodo drugi ostali v tekočem stanju, tudi če je kozarec bencina obkrožen s tekočim dušikom. "Bencinski led" ne bo pravilno oblikovan, ampak gel z rumeno-zelenimi toni.

Če želite popolnoma zamrzniti bencin, bo morda treba ohladiti temperaturo do -200 ° C. Pri tej temperaturi je verjetno, da nastane bencinski led, saj bodo vse komponente mešanice zamrznile; to pomeni, da ne bo tekoče faze v ravnovesju s trdno snovjo.

Reference

1. Oddelek za fiziko, Univerza v Ilinoisu v Urbani-Champaign. (2018). Vprašanja: zamrzovanje bencina. Pridobljeno iz: Van.Fizika.Illinois.Edu
2. Iran. Levine. (2014). Načela fizikalnokemije. (Šesta izdaja). MC Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Pogodba o fizikalniku. Aguilar s. Do. iz Editions, Juan Bravo, 38, Madrid (Španija).
4. Walter J. Moore. (1962). Fizikalna kemija. (Četrta izdaja). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Določitev zamrzovalne točke mleka. Okrevano od: sibagropribor.Ru
6. Čelada, Anne Marie, ph.D. (22. junij 2018). Zamrzovalna točka alkohola. Okreval od: Thoughtco.com