Točka smrzavanja u tome što se sastoji, kako je izračunati i primjeri



točka smrzavanja je temperatura pri kojoj tvar prolazi kroz tekuću i krutu prijelaznu ravnotežu. Kada govorimo o tvari, to može biti spoj, čisti element ili smjesa. Teoretski, sva tvar se smrzava kako se temperatura smanjuje na apsolutnu nulu (0K).

Međutim, ekstremne temperature nisu potrebne za promatranje smrzavanja tekućina. Ledenjaci su jedan od najočitijih primjera smrznutih voda. Također, fenomen se u stvarnom vremenu može pratiti kupkama za tekući dušik ili pomoću jednostavnog zamrzivača.

Koja je razlika između zamrzavanja i skrućivanja? Prvi proces u velikoj mjeri ovisi o temperaturi, o čistoći tekućine i predstavlja termodinamičku ravnotežu; dok je drugi više povezan s promjenama u kemijskom sastavu tvari koje se stvrdnjava, čak i bez da je potpuno tekuće (pasta).

Prema tome, zamrzavanje je skrućivanje; ali suprotno nije uvijek točno. Nadalje, da bi se odbacio pojam skrućivanja, mora postojati tekuća faza u ravnoteži s krutinom iste tvari; ledenjaci se slažu s tim: plutaju na tekućoj vodi.

Tako se suočavamo s zamrzavanjem tekućine kada se formira čvrsta faza kao posljedica pada temperature. Tlak također utječe na ovo fizičko svojstvo, iako su njegovi učinci niži u tekućinama s niskim tlakom pare.

indeks

  • 1 Koja je točka smrzavanja??
    • 1.1 Zamrzavanje u odnosu na topljivost
  • 2 Kako ga izračunati?
    • 2.1 Jednadžba pada temperature
  • 3 Primjeri
    • 3.1 Voda
    • 3.2 Alkohol
    • 3.3 Mlijeko
    • 3.4 Živa
    • 3.5 Benzin
  • 4 Reference

Što je točka smrzavanja??

Kako se temperatura spušta, prosječna kinetička energija molekula se smanjuje i zbog toga malo usporavaju. Kako se spuštaju sporije u tekućini, dolazi točka u kojoj su dovoljno međusobno djelovali da bi formirali uređeni raspored molekule; ovo je prva krutina, iz koje će rasti veći kristali.

Ako je ova prva čvrsta supstanca "previše", onda će biti potrebno smanjiti temperaturu sve dok molekule ne budu dovoljno tihe. Temperatura na kojoj se to postiže odgovara točki smrzavanja; od tamo se uspostavlja ravnoteža tekućina-krutina.

Prethodni se scenarij događa za čiste tvari; ali što ako nisu?

U tom slučaju, molekule prve krutine moraju uspjeti inkorporirati strane molekule. Kao rezultat, formira se nečista kruta tvar (ili čvrsta otopina) koja treba nižu temperaturu od točke smrzavanja za njeno formiranje.

Govorimo o Pad točke smrzavanja. Sve dok postoji više stranih molekula, ili, točnije rečeno, nečistoća, tekućina će se smrznuti na sve nižim temperaturama.

Zamrzavanje u odnosu na topljivost

S obzirom na mješavinu dvaju spojeva, A i B, kada temperatura padne, A zamrzava, dok B ostaje tekućina.

Scenario je sličan onome što smo upravo objasnili. Dio A još nije zamrznut i stoga je otopljen u B. Je li se o ravnotežnosti topljivosti raspravljalo više nego o prijelazu tekućina-kruto??

Oba opisa su valjana: A taloži se ili zamrzava od B kada temperatura padne. Svi A će se ubrzati kada se ništa ne ostane u B otopljeno; što je isto što i reći da će se A potpuno zamrznuti.

Međutim, prikladnije je tretirati fenomen sa stajališta zamrzavanja. Dakle, A zamrzava prvo jer ima nižu točku smrzavanja, dok će B trebati hladnije temperature.

Međutim, zapravo se "led A" sastoji od krutine koja ima bogatiji sastav od A; ali B je također tu. To je zbog toga što je A + B homogena smjesa i stoga se dio te homogenosti prenosi u smrznutu krutu tvar.

Kako to izračunati?

Kako možete predvidjeti ili izračunati točku smrzavanja tvari? Postoje fizikalno-kemijski proračuni koji omogućuju dobivanje približne vrijednosti navedene točke pod drugim tlakovima (različitima od 1atm, tlak okoline).

Međutim, te se ulaze u entalpiju fuzije (ΔFUS); budući da je fuzija proces u suprotnom smjeru od smrzavanja.

Osim toga, eksperimentalno je lakše odrediti točku taljenja tvari ili smjese nego točku smrzavanja; Iako se mogu činiti istim, pokazuju određene razlike.

Kao što je spomenuto u prethodnom odjeljku: što je veća koncentracija nečistoća, to je veći pad točke smrzavanja. To se također može reći na sljedeći način: što je manja frakcija X krute tvari u smjesi, ona će se smrznuti na nižoj temperaturi.

Jednadžba pada temperature

Sljedeća jednadžba izražava i sažima sve što je rečeno:

LnX = - (ΔFUS/ R) (1 / T - 1 / T) (1)

Gdje je R idealna konstanta plina, koja ima gotovo univerzalnu uporabu. T ° je normalna točka smrzavanja (pri tlaku okoline), a T je temperatura pri kojoj će krutina zamrznuti na molarnoj frakciji X.

Iz ove jednadžbe, i nakon niza pojednostavljenja, dobivamo sljedeće, bolje poznato:

ΔTc = KFm (2)

Gdje je m molalnost otopljene tvari ili nečistoće, i KF je krioskopska konstanta otapala ili tekuće komponente.

Primjeri

U nastavku slijedi kratak opis zamrzavanja nekih tvari.

voda

Voda se smrzava oko 0ºC. Međutim, ova se vrijednost može smanjiti ako sadrži otopljenu otopinu u njoj; reći, sol ili šećer.

Ovisno o količini otopljene tvari, ona ima različite m-molalnosti; i kada se povećava m, smanjuje X, čija se vrijednost može zamijeniti u jednadžbi (1) i time očistiti T.

Na primjer, ako stavite čašu vode u zamrzivač, a drugu s zaslađenom vodom (ili bilo kojim pićem na bazi vode), čaša vode će se prvo smrznuti. To je zbog toga što se njihovi kristali brže formiraju bez ometanja molekula glukoze, iona ili drugih vrsta.

Isto bi se dogodilo kad bi čašu morske vode stavili u zamrzivač. Sada se staklo s morskom vodom može ili ne smije zamrznuti prije čaše s zaslađenom vodom; razlika će ovisiti o količini otopljene tvari a ne njegovu kemijsku prirodu.

Zbog toga je smanjenje Tc (temperatura smrzavanja) koligativno svojstvo.

alkohol

Alkoholi se smrzavaju na hladnijim temperaturama od tekuće vode. Na primjer, etanol zamrzava oko -114 ° C. Ako se pomiješa s vodom i drugim sastojcima, doći će do povećanja točke smrzavanja.

Zašto? Budući da voda, tekuća tvar i ona koja se miješa s alkoholom, zamrzava na mnogo višoj temperaturi (0ºC).

Vratite se u hladnjak s čašama s vodom, ako ovaj put unesete alkoholno piće, ovo će biti posljednje koje će se zamrznuti. Što je viša razina etil-etera, zamrzivač bi ga trebao ohladiti da zamrzne piće. Zbog toga je teže zamrznuti piće kao što je tekila.

mlijeko

Mlijeko je tvar na bazi vode, u kojoj se masti raspršuju zajedno s laktozom i kalcijevim fosfatima, uz druge lipoproteine.

One komponente koje su topivije u vodi su one koje određuju koliko će varirati svoju točku smrzavanja sa sastavom.

U prosjeku, mlijeko se zamrzava na temperaturi oko -0,54 ° C, ali se kreće između -0,50 i -0,56 ovisno o postotku vode. Dakle, možete znati je li mlijeko prevareno. I kao što možete vidjeti, čaša mlijeka će se smrznuti gotovo jednako kao čaša vode.

Nije sve mlijeko zamrzava na istoj temperaturi, jer njegov sastav također ovisi o životinjskom izvoru.

živa

Živa je jedini metal koji je u tekućem obliku na sobnoj temperaturi. Za zamrzavanje, potrebno je smanjiti temperaturu na -38,83ºC; i ovaj put ćete izbjeći ideju da ga polijete u čašu i stavljate je u zamrzivač, jer to može dovesti do strašnih nesreća.

Imajte na umu da živa zamrzava prije alkohola. To može biti zbog činjenice da kristal žive ne vibrira manje jer se sastoji od atoma povezanih metalnim vezama; dok su u etanolu one su molekule CH3CH2OH relativno svjetlo koje se mora polagano smjestiti.

benzin

Od svih primjera točke smrzavanja, benzin je najsloženiji. Kao i mlijeko, to je mješavina; ali njegova baza nije voda, već skupina od nekoliko ugljikovodika, od kojih svaki ima svoje strukturne karakteristike. Neki od malih molekula i drugih velikih.

Oni ugljikovodici s nižim tlakom pare prvo će se smrznuti; dok će ostali ostati tekući, čak i ako je čaša benzina okružena tekućim dušikom. Neće ispravno oblikovati "benzinski led", već gel s žuto-zelenim tonovima.

Za potpuno zamrzavanje benzina može biti potrebno da se temperatura ohladi na -200ºC. Na toj temperaturi vjerojatno će se stvoriti benzin, jer će sve komponente smjese biti zamrznute; to jest, više neće biti tekuće faze u ravnoteži s krutinom.

reference

  1. Odjel za fiziku Sveučilišta Illinois u Urbana-Champaign. (2018.). Q & A: Zamrzavanje benzina. Preuzeto s: van.physics.illinois.edu
  2. Ira N. Levine. (2014). Principi fizikohemije. (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.
  3. Glasstone. (1970). Ugovor o fizikalno kemiji. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Španjolska).
  4. Walter J. Moore. (1962). Fizikalna kemija (Četvrto izdanje). Longmans.
  5. Sibagropribor. (2015). Određivanje točke smrzavanja mlijeka. Preuzeto s: sibagropribor.ru