Тачка замрзавања у ономе што се састоји, како је израчунати и примјери



Тхе тачка замрзавања је температура на којој је супстанца подвргнута транзиционој равнотежи течности и чврстине. Када говоримо о супстанци, то може бити једињење, чисти елемент или смеша. Теоретски, сва материја се смрзава како се температура смањује до апсолутне нуле (0К).

Међутим, екстремне температуре нису неопходне за посматрање замрзавања течности. Ајсбергови су један од најочитијих примјера смрзнутих вода. Такође, феномен се у реалном времену може пратити у кадама са течним азотом или помоћу једноставног замрзивача.

Која је разлика између замрзавања и солидификације? Први процес у великој мери зависи од температуре, од чистоће течности и представља термодинамичку равнотежу; док је други више везан за промене у хемијском саставу супстанце која се стврдњава, чак и без потпуно течности (пасте).

Стога је замрзавање солидификација; али супротно није увек тачно. Осим тога, да би се одбацио термин солидификације, мора постојати течна фаза у равнотежи са чврстим материјалом исте супстанце; ледењаци се слажу са овим: плутају на течној води.

Тако се суочавамо са смрзавањем течности када се формира чврста фаза као последица пада температуре. Притисак такође утиче на ово физичко својство, иако су његови ефекти нижи у течностима са ниским притисцима паре.

Индек

  • 1 Која је тачка замрзавања??
    • 1.1 Замрзавање у односу на растворљивост
  • 2 Како то израчунати?
    • 2.1 Једнаџба пада температуре
  • 3 Примери
    • 3.1 Вода
    • 3.2 Алкохол
    • 3.3 Млеко
    • 3.4 Жива
    • 3.5 Бензин
  • 4 Референце

Која је тачка замрзавања??

Како температура пада, просечна кинетичка енергија молекула се смањује, и због тога мало успоравају. Како иду спорије у течности, долази тачка у којој су довољно интеракције да формирају уређен распоред молекула; ово је прва чврста материја, из које ће расти већи кристали.

Ако је ова прва чврста супстанца "превише", онда ће бити потребно смањити температуру све док њени молекули не буду довољно тихи. Температура на којој се то постиже одговара тачки смрзавања; одатле се успоставља равнотежа између течности и чврстине.

Претходни сценарио се дешава за чисте супстанце; али шта ако нису?

У том случају, молекули прве чврсте супстанце морају успети да инкорпорирају стране молекуле. Као резултат, формира се нечиста чврста материја (или чврсти раствор), којој је потребна нижа температура од тачке смрзавања за њено формирање.

Говоримо о Пад тачке смрзавања. Све док постоји више страних молекула, или тачније речено, нечистоћа, течност ће се смрзнути на све нижим температурама.

Замрзавање у односу на растворљивост

Даје се мешавина двају једињења, А и Б, када температура падне, А замрзава, док Б остаје течна.

Сценарио је сличан ономе што је управо објашњено. Део А још увек није замрзнут и стога је растворен у Б. Да ли је равнотежа растворљивости дискутована више него о транзицији течности и чврстине??

Оба описа су валидна: А таложи се или замрзава од Б када температура падне. Све А ће се убрзати када се ништа од ње не отопи у Б; што је исто што и рећи да ће се А потпуно замрзнути.

Међутим, погодније је третирати феномен са становишта смрзавања. Дакле, А замрзава прво јер има нижу тачку смрзавања, док ће Б требати хладније температуре.

Међутим, заправо "лед А" се састоји од чврстог материјала који има богатији састав од А; али и Б је ту. То је због тога што је А + Б хомогена смеша, и због тога се део те хомогености преноси у смрзнуту чврсту супстанцу.

Како то израчунати?

Како можете предвидети или израчунати тачку смрзавања неке супстанце? Постоје физичко-хемијске калкулације које омогућавају добијање приближне вредности наведене тачке под другим притисцима (различитим за 1атм, амбијентални притисак).

Међутим, ови улази у енталпију фузије (ΔФус); јер је фузија процес у супротном смеру од смрзавања.

Поред тога, експериментално је лакше одредити тачку топљења неке супстанце или смеше од њене тачке смрзавања; Иако могу изгледати исто, показују одређене разлике.

Као што је поменуто у претходном одељку: што је већа концентрација нечистоћа, то је већи пад тачке смрзавања. Ово се такође може рећи на следећи начин: што је мања фракција Кс чврсте масе у смеши, она ће се смрзнути на нижој температури.

Једнаџба пада температуре

Следећа једначина изражава и резимира све што је речено:

ЛнКс = - (ΔФус/ Р) (1 / Т - 1 / Т) (1)

Где је Р идеална гасна константа, која има скоро универзалну употребу. Т ° је нормална тачка замрзавања (при амбијенталном притиску), а Т је температура на којој ће се чврста маса замрзнути на моларној фракцији Кс.

Из ове једначине, и после низа поједностављења, добијамо следеће, боље познато:

ΔТц = КФм (2) \ т

Где је м молалност растворене материје или нечистоће, и КФ је криоскопска константа растварача или течне компоненте.

Примери

Испод је кратак опис замрзавања неких супстанци.

Вода

Вода се смрзава око 0ºЦ. Међутим, ова вредност може да се смањи ако садржи растворену раствор у њему; да кажем, сол или шећер.

У зависности од количине растворене супстанце, она има различите м-молалности; и када се повећава м, смањује Кс, чија се вредност може заменити у једначини (1) и тиме очистити Т.

На пример, ако ставите чашу воде у замрзивач, а другу са заслађеном водом (или било којим пићем на бази воде), чаша воде ће се прво замрзнути. То је зато што се њихови кристали брже формирају без ометања молекула глукозе, јона или других врста.

Исто би се десило да је чаша морске воде стављена у замрзивач. Сада, стакло са морском водом може или не мора да се замрзне прво од стакла са заслађеном водом; разлика ће зависити од количине раствора а не његове хемијске природе.

Због тога је смањење Тц (температура смрзавања) колигативно својство.

Алкохол

Алкохоли се смрзавају на хладнијим температурама од текуће воде. На пример, етанол замрзава око -114 ° Ц. Ако се помеша са водом и другим састојцима, доћи ће до повећања тачке смрзавања.

Зашто? Зато што вода, течна материја и мешавина са алкохолом замрзавају на много вишој температури (0ºЦ).

Ако се вратите у фрижидер са чашама са водом, ако овај пут уђете у један са алкохолним пићем, ово ће бити последње које ће се замрзнути. Што је виша етил еталон, замрзивач би га требао охладити да замрзне пиће. Због тога је теже замрзнути пиће као што је текила.

Милк

Млеко је супстанца на бази воде, у којој се масти распршују заједно са лактозом и калцијум фосфатима, поред других липопротеина.

Оне компоненте које су више растворљиве у води су оне које одређују колико ће варирати своју тачку смрзавања са композицијом.

У просеку, млеко се замрзава на температури око -0,54ºЦ, али се креће између -0,50 и -0,56 у зависности од процента воде. Дакле, можете знати да ли је млијеко изопачено. И као што видите, чаша млијека ће се смрзнути готово једнако као чаша воде.

Није све млеко замрзава на истој температури, јер његов састав такође зависи од његовог животињског извора.

Меркур

Меркур је једини метал који је у течном облику на собној температури. Да би се замрзнула, потребно је смањити температуру на -38.83ºЦ; и овај пут ћете избећи идеју да га сипате у чашу и стављате у замрзивач, јер то може довести до страшних несрећа.

Имајте на уму да жива замрзава пре алкохола. То може бити због чињенице да живин кристал мање вибрира јер се састоји од атома повезаних металним везама; док су у етанолу, то су молекули ЦХ3ЦХ2ОХ релативно светло које мора бити полагано смештено.

Бензин

Од свих примјера тачака смрзавања, бензин је најсложенији. Као млеко, то је смеша; али његова база није вода, већ група од неколико угљиководика, сваки са својим структурним карактеристикама. Неке од малих молекула и друге велике.

Ти угљоводоници са мањим притисцима паре прво ће се замрзнути; док ће остали остати течни, чак и ако је чаша бензина окружена течним азотом. Неће правилно формирати "бензински лед", већ гел са жуто-зеленим тоновима.

За потпуно замрзавање бензина, може бити потребно да се температура охлади на -200ºЦ. На овој температури вероватно ће се формирати бензин, јер ће све компоненте смеше бити замрзнуте; то јест, више неће бити течне фазе у равнотежи са чврстом.

Референце

  1. Одсек за физику Универзитета Илиноис у Урбана-Цхампаигн. (2018). К & А: Замрзавање бензина. Добављено из: ван.пхисицс.иллиноис.еду
  2. Ира Н. Левине. (2014). Принципи физикохемије. (Шесто издање). Мц Грав Хилл.
  3. Гласстоне. (1970). Уговор о физикохемији. Агуилар С. А. де Едиционес, Јуан Браво, 38, Мадрид (Шпанија).
  4. Валтер Ј. Мооре. (1962). Пхисицал Цхемистри (Четврто издање). Лонгманс.
  5. Сибагроприбор (2015). Одређивање тачке замрзавања млека. Преузето са: сибагроприбор.ру