Точка на замръзване в какво се състои, как да я изчислим и примери



на точка на замръзване е температурата, при която веществото претърпява преходно равновесие от течност до твърдо вещество. Когато говорим за вещество, това може да бъде съединение, чист елемент или смес. Теоретично, цялата материя замръзва, тъй като температурата намалява до абсолютна нула (0K).

Въпреки това, крайните температури не са необходими за наблюдение на замръзването на течности. Айсбергите са един от най-очевидните примери за замразени водни обекти. Също така, явлението може да бъде последвано в реално време от вани с течен азот или чрез използване на обикновен фризер.

Каква е разликата между замразяването и втвърдяването? Първият процес е силно зависим от температурата, от чистотата на течността и е термодинамично равновесие; второто е по-скоро свързано с промени в химическия състав на веществото, което се втвърдява, дори без да е изцяло течно (паста).

Следователно, замразяването е втвърдяване; но обратното не винаги е вярно. Освен това, за да се отхвърли терминът втвърдяване, трябва да има течна фаза в равновесие с твърдото вещество от същото вещество; айсбергите се придържат към това: те плуват на течна вода.

По този начин човек е изправен пред замръзване на течност, когато се образува твърда фаза в резултат на спад на температурата. Налягането също влияе върху това физическо свойство, въпреки че неговите ефекти са по-ниски при течности с ниско налягане на парите.

индекс

  • 1 Каква е точката на замръзване??
    • 1.1 Замразяване срещу разтворимост
  • 2 Как да го изчислим?
    • 2.1 Уравнение за понижаване на температурата
  • 3 Примери
    • 3.1 Вода
    • 3.2 Алкохол
    • 3.3 Мляко
    • 3.4 Живак
    • 3.5 Бензин
  • 4 Препратки

Каква е точката на замръзване??

С понижаването на температурата, средната кинетична енергия на молекулите намалява и следователно те се забавят малко. Тъй като те отиват по-бавно в течността, идва точка, в която те взаимодействат достатъчно, за да образуват подредена подредба на молекулата; това е първото твърдо вещество, от което ще нарастват по-големите кристали.

Ако това първо твърдо "колебание" твърде много, тогава ще бъде необходимо да се понижи температурата, докато молекулите й останат достатъчно тихи. Температурата, при която това се постига, съответства на точката на замръзване; оттам се установява равновесие между течност и твърдо вещество.

Предишният сценарий се случва за чисти вещества; но какво, ако не са?

В този случай, молекулите на първото твърдо вещество трябва да успеят да включат чуждите молекули. В резултат се получава нечисто твърдо вещество (или твърд разтвор), което се нуждае от по-ниска температура от точката на замръзване за нейното формиране..

Говорим за Падането на точката на замръзване. Докато има повече чужди молекули, или по-правилно казано, примеси, течността ще замръзне при все по-ниски температури.

Замразяване срещу разтворимост

При смесване на две съединения, А и В, когато температурата спадне, А замръзва, докато В остава течност.

Сценарият е подобен на обяснения. Част от А все още не е замръзнала и следователно е разтворена в Б. Разгледано ли е равновесието на разтворимостта повече от това на течно-твърд преход??

Двата описания са валидни: А утаява или замръзва далеч от В, когато температурата падне. Всички А ще се ускорят, когато не остане нищо от него, разтворено в В; което е същото като да кажеш, че А ще е замразил напълно.

Въпреки това е по-удобно да се третира явлението от гледна точка на замразяване. По този начин, А замръзва първо, защото има по-ниска точка на замръзване, докато В ще се нуждае от по-ниски температури.

Но всъщност "ледът на А" се състои от твърдо вещество, което има по-богат състав от А, отколкото от В; но Б също е там. Това е така, защото А + В е хомогенна смес и следователно част от тази хомогенност се прехвърля в замразената твърда маса..

Как да го изчислим?

Как можете да предскажете или изчислите точката на замръзване на веществото? Има физикохимични изчисления, които позволяват да се получи приблизителна стойност на споменатата точка при други налягания (различни от 1 атм, околното налягане).

Въпреки това, те се вливат в енталпията на сливане (Δмрежовото); тъй като синтезът е процес в противоположната посока на замразяването.

Освен това е експериментално по-лесно да се определи точката на топене на вещество или смес, отколкото точката на замръзване; Макар и да изглеждат едни и същи, те показват определени различия.

Както бе споменато в предишния раздел: колкото по-висока е концентрацията на примеси, толкова по-голям е спадът в точката на замръзване. Това може да се каже и по следния начин: колкото по-малка е моларната фракция X на твърдото вещество в сместа, тя ще замръзне при по-ниска температура..

Уравнение за спадане на температурата

Следното уравнение изразява и обобщава всичко, което е казано:

LnX = - (Δмрежовото/ R) (1 / T - 1 / Tº) (1)

Където R е идеалната газова константа, която е почти универсална. T ° е нормалната точка на замръзване (при околно налягане), а T е температурата, при която твърдото вещество ще замръзне при моларна фракция X.

От това уравнение и след поредица опростявания получаваме следното, по-добре познато:

ΔTc = KFm (2)

Където m е моларността на разтвореното вещество или примес и КF е криоскопичната константа на разтворителя или течния компонент.

Примери

По-долу е дадено кратко описание на замразяването на някои вещества.

вода

Водата замръзва около 0ºC. Тази стойност обаче може да намалее, ако съдържа разтворено вещество в него; да кажем, сол или захар.

В зависимост от количеството разтворено вещество, то има различни m-молантности; и когато се увеличава m, намалява X, чиято стойност може да бъде заместена в уравнение (1) и по този начин да се изчисти Т.

Например, ако поставите чаша вода във фризер, а друга с подсладена вода (или напитка на водна основа), чашата с вода ще замръзне първо. Това е така, защото техните кристали се образуват по-бързо, без да се нарушават глюкозните молекули, йони или други видове.

Същото щеше да се случи, ако една чаша морска вода беше поставена във фризера. Сега стъклото с морска вода може или да не замръзне първо от стъклото с подсладена вода; разликата ще зависи от количеството разтворено вещество а не неговата химическа природа.

Поради тази причина намаляването на температурата на топене (температура на замръзване) е колегиращо свойство.

алкохол

Алкохолите замръзват при по-ниски температури от течната вода. Например, етанол замръзва около -114 ° С. Ако се смеси с вода и други съставки, ще се увеличи точката на замръзване.

Защо? Тъй като вода, течно вещество и смесващ се с алкохол, замръзва при много по-висока температура (0ºC).

Връщайки се в хладилника с чаши с вода, ако този път влезете с алкохолна напитка, това ще бъде последното, което ще замръзне. Колкото по-висок е етиловият клас, фризера трябва да го охлажда допълнително, за да замрази напитката. Поради тази причина напитки като текила са по-трудни за замразяване.

мляко

Млякото е вещество на водна основа, в което мазнините се разпръскват заедно с лактоза и калциеви фосфати, в допълнение към други липопротеини..

Тези компоненти, които са по-разтворими във вода, са тези, които определят колко ще варира неговата точка на замръзване със състава.

Средно млякото се замразява при температура около -0.54ºC, но варира между -0.50 и -0.56 в зависимост от процента на водата. Така че, можете да разберете дали млякото е било подправено. И както можете да видите, чаша мляко ще замръзне почти равносилно на чашата с вода.

Не всички мляко замръзва при същата температура, защото съставът й зависи и от неговия животински източник.

живак

Живакът е единственият метал, който е в течна форма при стайна температура. За да я замрази, е необходимо да се понижи температурата до -38.83ºC; и този път ще избегнете идеята да го излеете в чаша и да я поставите във фризер, тъй като това може да доведе до ужасни инциденти..

Имайте предвид, че живакът замръзва преди алкохола. Това може да се дължи на факта, че живачен кристал вибрира по-малко, защото се състои от атоми, свързани с метални връзки; докато в етанол, те са молекули СН3СН2ОН относително светлина, която трябва да се побере бавно.

бензин

От всички примери за точката на замръзване, бензинът е най-сложният. Както млякото, то е смес; но неговата основа не е вода, а група от няколко въглеводороди, всяка със свои структурни характеристики. Някои от малките молекули и други големи.

Тези въглеводороди с по-ниско налягане на парите първо ще замръзнат; докато останалите ще останат течни, дори ако чаша бензин е заобиколена от течен азот. Тя няма да формира правилно "бензинов лед", а гел с жълто-зелени тонове.

За да замрази напълно бензина, може да се наложи да се охлади температурата до -200ºC. При тази температура е вероятно бензинът да се образува, защото всички компоненти на сместа ще са замразени; това означава, че вече няма да има течна фаза в равновесие с твърдо вещество.

препратки

  1. Физически факултет на Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн. (2018). Q & A: Замразяване на бензина. Извлечено от: van.physics.illinois.edu
  2. Ира Н. Левин. (2014). Принципи на физикохимията. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
  3. Glasstone. (1970). Договор за физикохимия. Aguilar S. A. de Ediciones, Хуан Браво, 38 г., Мадрид (Испания).
  4. Уолтър Дж. Мур. (1962). Физическа химия (Четвърто издание). Longmans.
  5. Sibagropribor. (2015). Определяне на точката на замръзване на млякото. Възстановен от: sibagropribor.ru