Punkt zamrażania, jak to obliczyć i przykłady

On punkt zamarzania Jest to temperatura, w której substancja doświadcza równowagi przejściowej cieczy i. Mówiąc o substancji, może to być związek, czysty element lub mieszanina. Teoretycznie cała materia zamarza wraz ze spadkiem temperatury do bezwzględnego zera (0k).

Jednak ekstremalne temperatury nie są potrzebne do obserwowania zamrażania cieczy. Lodowe są jednym z najbardziej oczywistych przykładów mrożonych mas wody. Zjawisko można również monitorować w czasie rzeczywistym przez ciekłe kąpiele azotowe lub za pomocą prostej zamrażarki.

Źródło: Pxhere

Jaka jest różnica między zamrażaniem a zestalaniem? Że pierwszy proces jest wysoce zależny od temperatury, od czystości cieczy i jest równowagą termodynamiczną; Podczas gdy drugi jest bardziej związany ze zmianami w składzie chemicznym substancji, która zestala się, nawet bez bycia całkowicie płynnym (pastą).

Dlatego zamrażanie jest zestalaniem; Ale odwrotnie nie zawsze jest prawdziwe. Ponadto, aby wykluczyć termin zestalanie, musi istnieć faza ciekła w równowadze z stałą tej samej substancji; Lodowe są zgodne z tym: unoszą się na płynnej wodzie.

Zatem zamrażanie cieczy jest skierowane do zamrażania fazy stałej w wyniku spadku temperatury. Ciśnienie wpływa również na tę właściwość fizyczną, chociaż jej skutki są niższe w cieczach o niskich ciśnieniach pary.

[TOC]

Jaki jest punkt zamrażania?

W miarę opadania temperatury średnia energia kinetyczna cząsteczek zmniejsza się, a zatem nieco zwalnia. Wolniej w cieczy istnieje punkt, w którym oddziałują wystarczająco, aby utworzyć uporządkowany układ cząsteczki; To jest pierwsza stała, z której rosną większe kryształy.

Jeśli ta pierwsza substancja substancji stałej jest zbyt duża, konieczne będzie dalsze obniżenie temperatury, aż jej cząsteczki pozostaną nadal wystarczające. Temperatura, w której odpowiada to punktowi zamrażania; Stamtąd ustanawia się równowaga cieczy.

Poprzedni scenariusz występuje w przypadku czystych substancji; Ale co, jeśli nie są?

W takim przypadku cząsteczki pierwszej substancji stałej muszą je naprawić, aby włączyć obce cząsteczki. W rezultacie powstaje nieczyste (lub stałe roztwór), który wymaga niższej temperatury niż temperatura zamarzania.

Może ci służyć: azotan srebra (AGNO3): Struktura, właściwości, zastosowania, toksyczność

Mówi się o Zmniejszenie punktu zamarzania. Podczas gdy istnieje więcej zagranicznych cząsteczek lub bardziej poprawnie, zanieczyszczenia, płyn zamarznie w coraz niższych temperaturach.

Zamrażanie kontra rozpuszczalność

Biorąc pod uwagę mieszaninę dwóch związków, A i B, gdy temperatura opiera.

Scenariusz jest podobny do nowo wyjaśnionych. Część A nie zamroziła się jeszcze i dlatego jest rozpuszczona w B. To wówczas równowaga rozpuszczalności niż równowaga w rozmowie o przejściu z cieczy?

Oba opisy są prawidłowe: A wydychany lub zamrażanie oddzielające się od B, gdy temperatura opada. Wszystko zostanie wytrącone, gdy nic nie zostanie rozpuszczone w B; co jest tym samym, co powiedzenie, że całkowicie zamrożony.

Jednak wygodniej jest leczyć to zjawisko z punktu widzenia zamrażania. Zatem może mieć niższą temperaturę zamrażania, podczas gdy B będzie wymagał chłodniejszych temperatur.

Jednak „lód A” naprawdę składa się z substancji stałej, która ma bogatszy skład B; Ale B też tam jest. Wynika to z faktu, że A + B jest jednorodną mieszaniną, a zatem część tej jednorodności przenosi się na zamrożoną substancję stałą.

Jak to obliczyć?

Jak można przewidzieć lub obliczyć punkt zamrażania substancji? Istnieją obliczenia fizykochemiczne, które umożliwiają przybliżoną wartość wspomnianego punktu pod innymi ciśnieniami (inne niż 1AATM, ciśnienie otoczenia).

Jednak przepływają one do entalpii fuzyjnej (δ_Fus); Ponieważ połączenie jest procesem w przeciwnym kierunku zamrażania.

Ponadto łatwiej jest określić temperaturę topnienia substancji lub mieszanki niż jej punkt zamrażania; Chociaż mogą wydawać się takie same, wykazują pewne różnice.

Jak wspomniano w poprzednim rozdziale: im większe stężenie zanieczyszczeń, tym większy będzie spadek punktu zamarzania. Można to również powiedzieć w następujący sposób: Im niższa frakcja molowa x stałego w mieszaninie, zamarznie w niższej temperaturze.

Równanie opadania temperatury

Poniższe równanie wyraża i podsumowuje wszystko, co zostało powiedziane:

Lnx = -(δ_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Gdzie r jest stałą gazów idealnych, które ma niemal uniwersalne zastosowanie. Tº jest normalną temperaturą zamrażania (przy ciśnieniu otoczenia), a t jest temperaturą, w której stałe zamrożone zostanie zamrożone do frakcji molowej x.

Może ci służyć: odparowanie chemiczne: co polega na zastosowaniach i przykładach

Z tego równania i po serii uproszczenia uzyskano następujące, lepiej znane:

ΔTC = k_FM (2)

Gdzie m jest molealistą substancji rozpuszczonej lub zanieczyszczeń, a k_F Jest to stała krioskopowa rozpuszczalnika lub składnika płynnego.

Przykłady

Krótki opis zamrażania niektórych substancji zostanie podany poniżej.

Woda

Woda zamraża około 0ºC. Jednak wartość ta może się zmniejszyć, jeśli zawiera w niej rozpuszczoną substancję rozpuszczoną; Powiedzieć, sól lub cukier.

W zależności od ilości rozpuszczonej substancji rozpuszczonej istnieją różne moralność m; A poprzez zwiększenie m zmniejsza x, którego wartość można zastąpić w równaniu (1), a zatem jasno t.

Na przykład, jeśli szkło z wodą zostanie wprowadzone do zamrażarki, a drugie z słodką wodą (lub dowolnym napojem wodnym), szkło z wodą najpierw zamraża. Jest tak, ponieważ ich kryształy powstają szybciej bez zakłócenia cząsteczek glukozy, jonów lub innych gatunków.

To samo by się stało, gdyby w zamrażarce umieszczono szklankę z wodą morską. Teraz szkło z wodą morską może, ale nie musi, najpierw zamarznąć niż szkło słodką wodą; Różnica będzie zależeć od ilości substancji rozpuszczonej i nie jego chemiczny charakter.

Z tego powodu spadek TC (temperatura zamrażania) jest właściwością kajglutu.

Alkohol

Źródło: Pixabay

Alkohole zamrażają w chłodniejszych temperaturach niż woda płynna. Na przykład etanol zamarza około -114ºC. W przypadku zmieszania z wodą i innymi składnikami wzrost punktu zamarzania będzie przeciwnie.

Ponieważ? Ponieważ woda, substancja płynna i mieszalna z alkoholem, zamarza w znacznie wyższej temperaturze (0ºC).

Wracając do lodówki z okularami z wodą, jeśli ten czas zostanie wprowadzony z napojem alkoholowym, będzie to ostatni, który zamarzał. Im większy stopień etylowy, zamrażarka musi jeszcze bardziej schłodzić, aby zamrozić napój. Z tego powodu napoje takie jak tequila są trudniejsze do zamrożenia.

mleko

Źródło: Pixabay

Mleko jest substancją opartą na wodę, w której tłuszcz jest rozproszony wraz z laktozą i fosforanami wapnia, oprócz innych lipoprotein.

Te najbardziej rozpuszczalne elementy w wodzie to te, które określają, jak bardzo ich punkt zamarzania będzie się różnić w zależności od kompozycji.

Może ci służyć: Numer utleniania: koncepcja, jak go wyciągnąć i przykłady

Średnio mleko marznie w temperaturze około -0.54ºC, ale oscyluje między -0.50 i -0.56 w zależności od odsetka wody. Dlatego możesz wiedzieć, czy mleko zostało zafałszowane. I jak widać, szkło z mlekiem zamarznie prawie w tym samym czasie z szkłem z wodą.

Nie wszystkie mleki zamarzają w tej samej temperaturze, ponieważ ich skład zależy również od źródła zwierząt.

Rtęć

Merkury jest jedynym metalem w postaci płynnej w temperaturze pokojowej. Aby go zamrozić, konieczne jest zmniejszenie temperatury do -38.83ºC; I tym razem pomysłem wlewania go do szklanki zostanie uniknięty i wprowadzony do zamrażarki, ponieważ może to prowadzić do strasznych wypadków.

Zauważ, że rtęć zamarza przed alkoholem. Może to wynikać z faktu, że szkło rtęci mniej wibruje, składając się z atomów połączonych metalowymi łączami; Podczas gdy w etanolu są cząsteczkami cho₃Ch₂Och stosunkowo światło, które należy powoli zakwaterować.

Benzyna

Ze wszystkich przykładów punktu zamarzania, benzyna jest najbardziej złożona. Podobnie jak mleko, jest to mieszanka; Ale jego podstawą nie jest woda, ale grupa kilku węglowodorów, każdy z własnymi cechami strukturalnymi. Niektóre małe cząsteczki i inne duże.

Te węglowodory o niższych ciśnieniach parowych najpierw zamarzną; Podczas gdy inne pozostaną w stanie ciekłym, nawet jeśli szklanka benzyny jest otoczona ciekłym azotem. „Lód benzynowy” nie zostanie uformowany prawidłowo, ale żel z żółtymi tonami.

Aby całkowicie zamrozić benzynę, może wymagać chłodzenia temperatury do -200ºC. W tej temperaturze prawdopodobne jest, że powstaje lód benzynowy, ponieważ wszystkie składniki mieszaniny będą zamrożone; Oznacza to, że nie będzie fazy ciekłej w równowadze z stałą.

Bibliografia

1. Department of Physics, University of Ilinois w Urbana-Champaign. (2018). Pytania i odpowiedzi: zamrażanie benzyny. Pobrano z: van.Fizyka.Illinois.Edu
2. Iran. Levine. (2014). Zasady fizykochemii. (Szósta edycja). MC Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Traktat fizykochemii. Aguilar s. DO. z Editions, Juan Bravo, 38, Madryt (Hiszpania).
4. Walter J. Moore. (1962). Chemia fizyczna. (Czwarta edycja). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Określenie punktu zamarzania mleka. Odzyskane z: sybagropribor.Ru
6. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (22 czerwca 2018 r.). Mroczenie alkoholu. Odzyskane z: Thoughtco.com