Zamrzovalna točka v tem, kaj je sestavljena, kako jo izračunati in primeri



The zmrzišče je temperatura, pri kateri je snov podvržena prehodnemu ravnovesju med tekočino in trdno snovjo. Ko govorimo o snovi, je to lahko spojina, čisti element ali mešanica. Teoretično vse snovi zamrznejo, ko se temperatura zniža na absolutno ničlo (0K).

Vendar pa ekstremne temperature niso potrebne za opazovanje zamrzovanja tekočin. Icebergi so eden najbolj očitnih primerov zamrznjenih vodnih teles. Tudi fenomen se lahko v realnem času spremlja s kopeli s tekočim dušikom ali z uporabo enostavnega zamrzovalnika.

Kakšna je razlika med zamrzovanjem in strjevanjem? Prvi proces je zelo odvisen od temperature, od čistosti tekočine in je termodinamično ravnovesje; medtem ko je drugi bolj povezan s spremembami v kemični sestavi snovi, ki se strdi, tudi če ni popolnoma tekoča (pasta).

Zato je zamrznitev strjevanje; nasprotno pa ni vedno res. Poleg tega je treba za zavrženje pojma strjevanje obstajati tekoča faza v ravnotežju s trdno snovjo iste snovi; ledene gore so v skladu s tem: plavajo na tekoči vodi.

Tako se soočamo z zamrzovanjem tekočine, ko nastane trdna faza kot posledica padca temperature. Tlak vpliva tudi na to fizikalno lastnost, čeprav so njegovi učinki nižji pri tekočinah z nizkimi parnimi tlaki.

Indeks

  • 1 Kaj je točka zmrzovanja??
    • 1.1 Zamrzovanje glede na topnost
  • 2 Kako ga izračunati?
    • 2.1 Enačba padca temperature
  • 3 Primeri
    • 3.1 Voda
    • 3.2 Alkohol
    • 3.3 Mleko
    • 3.4 Živo srebro
    • 3.5 Bencin
  • 4 Reference

Kaj je točka zamrzovanja??

Ko temperatura pade, se povprečna kinetična energija molekul zmanjša, zato se nekoliko upočasnijo. Ko so v tekočini počasnejši, pride do točke, kjer so dovolj interakcije, da tvorijo urejeno razporeditev molekule; to je prva trdna snov, iz katere bodo rasli večji kristali.

Če se ta prva trdna snov "preveč ziblje", bo treba temperaturo nadalje znižati, dokler njene molekule ne bodo dovolj mirne. Temperatura, pri kateri se to doseže, ustreza zmrzovalni točki; od tam se vzpostavi ravnotežje med tekočinami in trdnimi snovmi.

Prejšnji scenarij se zgodi za čiste snovi; ampak kaj če niso?

V tem primeru morajo molekule prve trdne snovi vključiti tuje molekule. Posledično nastane nečista trdna (ali trdna raztopina), ki potrebuje nižjo temperaturo od zmrzovalne točke za njeno tvorbo..

Govorimo o Padec točke zmrzovanja. Dokler obstaja več tujih molekul ali, bolj pravilno rečeno, nečistoč, se tekočina zamrzne pri vedno nižjih temperaturah.

Zamrzovanje proti topnosti

Glede na mešanico dveh spojin A in B, ko temperatura pade, A zamrzne, B pa ostane tekoča.

Scenarij je podoben tistemu, kar smo pravkar razložili. Del A še ni zamrznjen in je zato raztopljen v B. Ali se je o topnostnem ravnotežju razpravljalo bolj kot o prehodu med tekočinami in trdnimi snovmi??

Oba opisa sta veljavna: A oborina ali zamrzne proč od B, ko temperatura pade. Vse A se bo sprožilo, ko se v B ne raztopi nič; kar je isto kot, da bo A popolnoma zamrznjen.

Vendar pa je bolj primerno, da se pojav obravnava z vidika zamrzovanja. Zato A najprej zamrzne, ker ima nižjo točko zmrzovanja, medtem ko B potrebuje hladnejše temperature.

Vendar pa je dejansko "led iz A" sestavljen iz trdne snovi, ki ima bogatejšo sestavo kot A; ampak tudi B je tam. To je zato, ker je A + B homogena zmes, zato se del te homogenosti prenese v zamrznjeno trdno snov.

Kako ga izračunati?

Kako lahko predvidite ali izračunate zmrziščno točko snovi? Obstajajo fizikalno-kemijski izračuni, ki omogočajo pridobitev približne vrednosti omenjene točke pod drugimi tlaki (različnimi za 1atm, tlak okolice).

Vendar te tečejo v fuzijsko entalpijo (ΔFus); ker je fuzija postopek v nasprotni smeri zamrzovanja.

Poleg tega je eksperimentalno lažje določiti tališče snovi ali zmesi kot njeno zmrziščno točko; Čeprav se zdijo enaki, kažejo določene razlike.

Kot je bilo omenjeno v prejšnjem oddelku: večja je koncentracija nečistoč, večji je padec v zmrzovalni točki. To lahko rečemo tudi na naslednji način: manjša molska frakcija X trdne snovi v zmesi bo zamrznila pri nižji temperaturi..

Enačba padca temperature

Naslednja enačba izraža in povzema vse, kar je bilo rečeno:

LnX = - (ΔFus/ R) (1 / T - 1 / T) (1)

Kjer je R idealna konstanta plina, ki ima skoraj univerzalno uporabo. T je normalna zmrziščna točka (pri sobnem tlaku) in T je temperatura, pri kateri se trdna snov zamrzne pri molarni frakciji X.

Iz te enačbe in po vrsti poenostavitev dobimo naslednje, bolj znane:

ΔTc = KFm (2)

Kjer je m molalnost raztopine ali nečistote, in KF je krioskopska konstanta topila ali tekoče komponente.

Primeri

Spodaj je kratek opis zamrzovanja nekaterih snovi.

Voda

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

Odvisno od količine raztopljene raztopine ima različne m-molalnosti; in ko narašča m, zmanjša X, katerega vrednost se lahko nadomesti v enačbi (1) in s tem očisti T.

Na primer, če v zamrzovalnik postavite kozarec vode, drugi pa sladko vodo (ali pijačo na vodni osnovi), bo kozarec vode prvi zamrznil. To je zato, ker se njihovi kristali hitreje oblikujejo brez motenj molekul glukoze, ionov ali drugih vrst.

Enako bi se zgodilo, če bi v zamrzovalnik dali kozarec morske vode. Zdaj lahko kozarec z morsko vodo zamrzne ali ne, kot steklo s sladkano vodo; razlika bo odvisna od količine raztopine in ne njegove kemijske narave.

Zato je zmanjšanje Tc (temperatura zmrzovanja) koligativna lastnost.

Alkohol

Alkoholi zamrznejo pri hladnejših temperaturah kot tekoča voda. Na primer, etanol zamrzne okoli -114 ° C. Če se zmeša z vodo in drugimi sestavinami, se bo temperatura zmrzovanja povečala.

Zakaj? Ker voda, tekoča snov in se meša z alkoholom, zamrzne pri veliko višji temperaturi (0 ° C).

Če se z očali z vodo vrnete v hladilnik, če boste tokrat z alkoholno pijačo, bo to zadnje zamrznilo. Čim višja je stopnja etil, mora zamrzovalnik ohladiti pijačo. Prav zaradi tega je težje zamrzniti pijače, kot je tekila.

Mleko

Mleko je snov na vodni osnovi, v kateri so maščobe razpršene skupaj z laktozo in kalcijevim fosfatom, poleg drugih lipoproteinov..

Tiste komponente, ki so bolj topne v vodi, so tiste, ki določajo, koliko se bo spremenila njegova zmrziščna točka s sestavo.

V povprečju se mleko zamrzne pri temperaturi okoli -0,54 ° C, vendar se giblje med -0,50 in -0,56, odvisno od odstotka vode. Torej, lahko veš, če je bilo mleko prevarano. In kot vidite, kozarec mleka zamrzne skoraj enako kot kozarec vode.

Ni vse mleko zamrzne pri enaki temperaturi, saj je njegova sestava odvisna tudi od njegovega živalskega vira.

Živo srebro

Živo srebro je edina kovina, ki je v tekoči obliki pri sobni temperaturi. Za zamrznitev je potrebno znižati temperaturo na -38,83 ° C; in tokrat se boste izognili zamisli, da bi ga polili v kozarec in ga dali v zamrzovalnik, saj bi to lahko vodilo do grozljivih nesreč.

Upoštevajte, da živo srebro zamrzne pred alkoholom. To je lahko posledica dejstva, da kristal živega srebra manj vibrira, ker je sestavljen iz atomov, ki so povezani z kovinskimi vezmi; medtem ko so v etanolu, so molekule CH3CH2OH relativno svetloba, ki jo je treba počasi namestiti.

Bencin

Iz vseh primerov zamrzovalnih točk je bencin najbolj zapleten. Kot mleko je mešanica; vendar njegova baza ni voda, temveč skupina več ogljikovodikov, od katerih ima vsaka svoje strukturne značilnosti. Nekatere majhne molekule in druge velike.

Ti ogljikovodiki z nižjimi parnimi tlaki bodo najprej zamrznjeni; medtem ko bodo ostali tekoči, tudi če je kozarec bencina obdan s tekočim dušikom. Ne bo pravilno oblikoval "bencinskega ledu", temveč gel z rumeno-zelenimi toni.

Za popolno zamrzovanje bencina boste morda morali ohladiti temperaturo na -200 ° C. Pri tej temperaturi bo verjetno nastal bencin, ker bodo vse sestavine zmesi zamrznjene; to pomeni, da ne bo več tekoče faze v ravnotežju s trdno snovjo.

Reference

  1. Oddelek za fiziko Univerze Illinois v Urbana-Champaign. (2018). Vprašanje in odgovor: Zamrzovanje bencina. Vzpostavljeno iz: van.physics.illinois.edu
  2. Ira N. Levine. (2014). Načela fizikalne kemije. (Šesta izdaja). Mc Graw Hill.
  3. Glasstone. (1970). Pogodba o fizikalno kemiji. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Španija).
  4. Walter J. Moore. (1962). Fizikalna kemija (Četrta izdaja). Longmans.
  5. Sibagropribor (2015). Določanje zmrziščne točke mleka. \ T Vzpostavljeno iz: sibagropribor.ru