Frysepunkt i hva det består av, hvordan å beregne det og eksempler



den frysepunkt er temperaturen der et stoff gjennomgår en flytende fast overgangsevekt. Når du snakker om substans, kan dette være et sammensatt, rent element eller en blanding. Teoretisk sett fryser alt saken når temperaturen senker til absolutt null (0K).

Ekstreme temperaturer er imidlertid ikke nødvendige for å observere frysing av væsker. Isberg er et av de mest åpenbare eksemplene på frosne vannkilder. Fenomenet kan også følges i sanntid ved flytende nitrogenbad eller ved bruk av en enkel fryser.

Hva er forskjellen mellom frysing og størkning? At den første prosessen er høyt avhengig av temperatur, på renhet av væsken, og er en termodynamisk likevekt; mens den andre er mer relatert til endringer i stoffets kjemiske sammensetning som størkner, selv uten å være helt flytende (en pasta).

Derfor er en fryse en størkning; men motsatt er ikke alltid sant. Videre, for å forkaste termen størkning, må det være en væskefase i likevekt med det faste stoffet i samme substans; Isfjellene følger dette: de flyter på flytende vann.

Således står en mot frysing av en væske når en fast fase dannes som følge av en temperaturfall. Trykket påvirker også denne fysiske egenskapen, selv om virkningen er lavere i væsker med lavt damptrykk.

index

  • 1 Hva er frysepunktet??
    • 1.1 Frysing vs. oppløselighet
  • 2 Hvordan beregne det?
    • 2.1 Temperaturfall likning
  • 3 eksempler
    • 3.1 Vann
    • 3,2 alkohol
    • 3,3 melk
    • 3,4 Merkur
    • 3,5 Bensin
  • 4 referanser

Hva er frysepunktet??

Etter hvert som temperaturen faller, reduseres molekylernes gjennomsnittlige kinetiske energi, og derfor reduserer de litt. Når de går tregere i væsken, kommer et punkt der de samhandler nok til å danne et ordnet arrangement av molekylet; Dette er det første faste, hvorfra større krystaller vil vokse.

Hvis denne første faste "wobbles" for mye, vil det være nødvendig å senke temperaturen ytterligere inntil molekylene forblir tilstrekkelig stille. Temperaturen som dette oppnås tilsvarer frysepunktet; derfra etableres den væskeformige likevekt.

Det forrige scenariet skjer for rene stoffer; men hva om de ikke er det?

I så fall må molekylene i det første fast stoffet klare å innlemme de fremmede molekylene. Som et resultat dannes et uren fast stoff (eller fast oppløsning), som trenger lavere temperatur enn frysepunktet for dannelsen.

Vi snakker om Frysepunktfall. Så lenge det er flere utenlandske molekyler, eller mer korrekt talt, urenheter, vil væsken fryse ved stadig lavere temperaturer.

Frysing mot oppløselighet

Gitt en blanding av to forbindelser, A og B, når temperaturen synker, fryser A, mens B forblir flytende.

Scenariet ligner det som bare ble forklart. En del av A har ennå ikke blitt frosset, og er derfor oppløst i B. Er løselighetens likevekt diskutert mer enn det for en flytende fast overgang??

Begge beskrivelsene er gyldige: A utfyller eller fryser vekk fra B når temperaturen faller. Alle A vil ha utfalt når det ikke er igjen noe av det oppløst i B; som er det samme som å si at A vil ha frosset helt.

Det er imidlertid mer hensiktsmessig å behandle fenomenet ut fra frysepunktet. Dermed fryser A først fordi det har et lavere frysepunkt, mens B vil trenge kaldere temperaturer.

Imidlertid består faktisk "isen av A" av et fast stoff som har en rikere sammensetning av A enn av B; men også B er der. Dette skyldes at A + B er en homogen blanding, og derfor overføres en del av den homogeniteten til det frosne faststoffet.

Hvordan beregne det?

Hvordan kan du forutsi eller beregne frysestoffet til et stoff? Det er fysisk-kjemiske beregninger som tillater å oppnå en omtrentlig verdi av punktet under andre trykk (forskjellig fra 1atm, omgivelsestrykket).

Imidlertid strømmer disse inn i fusjonsenthalpi (ΔFUS); siden fusjonen er prosessen i motsatt retning av frysingen.

I tillegg er det eksperimentelt lettere å bestemme smeltepunktet for et stoff eller en blanding enn dens frysepunkt; Selv om de kan virke like, viser de visse forskjeller.

Som nevnt i forrige avsnitt: jo høyere konsentrasjonen av urenheter er, desto større faller det i frysepunktet. Dette kan også sies på følgende måte: jo mindre molarfraksjonen X av faststoffet i blandingen, vil den fryse ved lavere temperatur.

Temperaturfall likning

Følgende ligning uttrykker og oppsummerer alt som har blitt sagt:

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

Der R er den ideelle gaskonstanten, som har en nesten universell bruk. Tº er det normale frysepunktet (ved omgivelsestrykk), og T er temperaturen ved hvilken faststoffet vil fryse ved en molarfraksjon X.

Fra denne ligningen, og etter en rekke forenklinger, får vi følgende, bedre kjent:

ΔTc = KFm (2)

Hvor m er molaliteten av løsemiddelet eller urenheten, og KF er den kryokopiske konstanten av løsningsmiddelet eller væskekomponenten.

eksempler

Nedenfor er en kort beskrivelse av frysing av noen stoffer.

vann

Vannet fryser rundt 0ºC. Denne verdien kan imidlertid reduseres dersom den inneholder et oppløst løsemiddel i det; å si, salt eller sukker.

Avhengig av mengden oppløst løsemiddel, har det forskjellige m-molaliteter; og når man øker m, reduseres X, hvis verdi kan erstattes i ligning (1) og dermed fjerne T.

For eksempel, hvis du legger et glass vann i en fryser, og en annen med søtet vann (eller en vannbasert drikke), vil glasset vann fryse først. Dette skyldes at deres krystaller danner raskere uten forstyrrelser av glukose molekyler, ioner eller andre arter.

Det samme ville skje hvis et glass sjøvann ble satt i fryseren. Nå kan glasset med sjøvann kanskje ikke fryse først enn glasset med søtet vann; forskjellen vil avhenge av mengden løsemiddel og ikke dens kjemiske natur.

Det er av denne grunn at nedgangen i Tc (frysetemperatur) er en kolligativ egenskap.

alkohol

Alkoholer fryser ved kaldere temperaturer enn flytende vann. For eksempel fryser etanol rundt -114 ° C. Hvis det blandes med vann og andre ingredienser, vil det bli en økning i frysepunktet.

Hvorfor? Fordi vann, flytende stoff og blandbar med alkohol fryser ved en mye høyere temperatur (0 ° C).

Tilbake til kjøleskapet med brillene med vann, hvis denne gangen du kommer inn med en alkoholholdig drikk, blir dette den siste til å fryse. Jo høyere etylkvaliteten, fryseren skal avkjøle den videre for å fryse drikken. Det er av denne grunn at drinker som tequila er vanskeligere å fryse.

melk

Melk er en vannbasert substans, hvor fett er spredt sammen med laktose og kalsiumfosfater, i tillegg til andre lipoproteiner.

De komponenter som er mer oppløselige i vann, er de som bestemmer hvor mye vil variere frysepunktet med sammensetningen.

I gjennomsnitt fryses melken ved en temperatur rundt -0,54 ºC, men varierer mellom -0,50 og -0,56 avhengig av prosentandelen vann. Så, du kan vite om melken har blitt forfalsket. Og som du kan se, vil et glass melk fryses nesten på nivå med glasset med vann.

Ikke all melk fryser ved samme temperatur, fordi sammensetningen avhenger også av dyrets kilde.

kvikksølv

Kvikksølv er det eneste metallet som er i flytende form ved romtemperatur. For å fryse det, er det nødvendig å senke temperaturen til -38.83ºC; og denne gangen vil du unngå ideen om å helle den i et glass og sette den i en fryser, da det kan føre til forferdelige ulykker.

Merk at kvikksølv fryser før alkohol. Dette kan skyldes det faktum at kvikksølvkrystallet vibrerer mindre fordi det består av atomer forbundet med metallbindinger; mens de er CH-molekyler i etanol3CH2OH relativt lys som må tas opp sakte.

bensin

Av alle frysepunktseksemplene er bensin det mest komplekse. Som melk er det en blanding; men basen er ikke vann, men en gruppe av flere hydrokarboner, hver med sine egne strukturelle egenskaper. Noen av små molekyler, og andre store.

Disse hydrokarbonene med lavere damptrykk vil fryses først; mens de andre vil forbli flytende, selv om et glass bensin er omgitt av flytende nitrogen. Det vil ikke skape en "bensin is", men en gel med gulgrønne toner.

For å fryse bensin helt, kan det være nødvendig å avkjøle temperaturen til -200ºC. Ved denne temperaturen er det sannsynlig at bensin vil danne, fordi alle komponentene i blandingen vil ha frosset; Det vil si at det ikke lenger vil være en væskefase i likevekt med et fast stoff.

referanser

  1. Institutt for fysikk, University of Illinois i Urbana-Champaign. (2018). Spørsmål & Svar: Bensinfrysing. Hentet fra: van.physics.illinois.edu
  2. Ira N. Levine. (2014). Prinsipper for fysisk kjemi. (Sjette utgave). Mc Graw Hill.
  3. Glasstone. (1970). Fysisk-kjemisk traktat. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Spania).
  4. Walter J. Moore. (1962). Fysisk kjemi (Fjerde utgave). Longmans.
  5. Sibagropribor. (2015). Bestemmelse av frysepunktet for melk. Hentet fra: sibagropribor.ru