Bod mrazu, ako ho vypočítať a príklady

On bod mrazu Je to teplota, pri ktorej látka zažíva rovnováhu s tekutým prechodom. Keď hovoríme o látke, môže to byť zlúčenina, čistý prvok alebo zmes. Teoreticky všetky látky zamrznú, keď teplota klesá na absolútnu nulu (0K).

Na pozorovanie zmrazenia tekutín však nie sú potrebné extrémne teploty. Ľadovce sú jedným z najzreteľnejších príkladov zmrazených vodných hmôt. Fenomén môže byť tiež monitorovaný v reálnom čase pomocou kvapalých dusíkových kúpeľov alebo pomocou jednoduchej mrazničky.

Zdroj: pxhere

Aký je rozdiel medzi zmrazením a tuhosťou? Že prvý proces je vysoko závislý od teploty, od čistoty kvapaliny a je termodynamická rovnováha; Zatiaľ čo druhá súvisí viac so zmenami v chemickom zložení látky, ktorá stuhne, a to aj bez toho, aby bola úplne kvapalná (pasta).

Preto je zmrazenie tuhnutia; Ale opak nie je vždy pravdivý. Okrem toho, aby sa vylúčil pojem tuhnutie, musí existovať kvapalná fáza v rovnováhe s tuhou látkou tej istej látky; Ľadovce dodržiavajú toto: plávajú sa na tekutej vode.

Zmrazenie kvapaliny teda smeruje k zmrazeniu tuhej fázy v dôsledku zníženia teploty. Tlak tiež ovplyvňuje túto fyzickú vlastnosť, hoci jej účinky sú nižšie v kvapalinách s nízkym tlakom pary.

[TOC]

Aký je bod mrazu?

Keď teplota zostupuje, priemerná kinetická energia molekúl klesá, a preto sa trochu spomaľuje. Keď idem pomalšie v tekutine, je bod, v ktorom dostatočne interagujú na to, aby vytvorili riadne usporiadanie molekuly; Toto je prvá tuhá látka, z ktorej väčšie kryštály budú rásť.

Ak je táto prvá tuhá látka príliš „kolísaná“, potom bude potrebné ďalej znížiť teplotu, kým jej molekuly nezostanú dostatočne dostatočne. Teplota, pri ktorej to zodpovedá bodu mrazu; Odtiaľ sa vytvorí rovnováha s pevnou tekutinou.

Predchádzajúci scenár sa vyskytuje pre čisté látky; Ale čo keď nie sú?

V takom prípade ich musia molekuly prvej pevnej látky opraviť, aby začlenili cudzie molekuly. Výsledkom je, že sa vytvorí nečistota (alebo pevné roztok), ktorý potrebuje nižšiu teplotu ako teplota bodu zmrazenia pre svoju tvorbu.

Môže vám slúžiť: dusičnan strieborný (AGNO3): Štruktúra, vlastnosti, použitie, toxicita

Potom sa hovorí o tom Zníženie bodu mrazu. Aj keď existuje viac cudzích molekúl alebo presnejšie povedané, nečistoty, tekutina sa zmrazí pri stále nižších teplotách.

Zmrazovanie vs rozpustnosť

Vzhľadom na zmes dvoch zlúčenín, A a B, keď teplota zostupuje, je zmrazená, zatiaľ čo B zostáva kvapalná.

Scenár je podobný novo vysvetlenému. Časť A ešte nebola zamrznutá, a preto je rozpustená v B. Je rovnováha rozpustnosti vyššia ako rovnováha v oblasti tekutiny s pevným prechodom potom?

Oba popisy sú platné: Zráža sa alebo mrazenie oddeľujúce od B, keď teplota zostupuje. Všetko bude vyzrážané, keď sa nič nerozpustí v B; čo je to isté ako tvrdenie, že úplne zamrznuté.

Je však pohodlnejšie liečiť tento jav z hľadiska zmrazenia. Preto je voľné mať nižší bod mrazu, zatiaľ čo B bude potrebovať chladnejšie teploty.

„Ice A“ sa však skutočne skladá z pevnej látky, ktorá má bohatšie zloženie B; Ale b je tam tiež. Dôvodom je, že A + B je homogénna zmes, a preto sa časť tejto homogenity prenáša do mrazenej pevnej látky.

Ako ho vypočítať?

Ako možno predpovedať alebo vypočítať bod zmrazenia látky? Existujú fyzikálno -chemické výpočty, ktoré umožňujú približnú hodnotu uvedeného bodu pri iných tlakoch (iné ako 1AATM, okolitý tlak).

Prechádzajú však do fúznej entalpie (δ_Fus); Pretože fúzia je proces v opačnom smere zmrazenia.

Okrem toho je ľahšie určiť bod topenia látky alebo zmesi ako jej bod zamrznutia; Aj keď sa môžu zdať rovnaké, vykazujú určité rozdiely.

Ako je uvedené v predchádzajúcej časti: Čím väčšia je koncentrácia nečistôt, tým väčšie bude zníženie bodu zamrznutia. To sa dá povedať aj nasledovne: čím nižšia je molárna frakcia x tuhej látky v zmesi, zmrazí pri nižšej teplote.

Rovnica teploty

Nasledujúca rovnica vyjadruje a sumarizuje všetko, čo hovorí:

Lnx = -(δ_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Kde r je konštanta ideálnych plynov, ktorá má takmer univerzálne použitie. Tº je normálny bod zamrznutia (pri okolitom tlaku) a t je teplota, pri ktorej bude tuhá látka zmrazená na molárnu frakciu x.

Môže vám slúžiť: Chemické odparovanie: Čo pozostáva, aplikácie a príklady

Z tejto rovnice a po sérii zjednodušenia sa získa nasledujúce, lepšie známe:

Δtc = k_FM (2)

Kde m je molealita rozpustenej látky alebo nečistoty a k_F Je to kryoskopická konštanta zložky rozpúšťadla alebo kvapaliny.

Príklady

Stručný opis zmrznutia niektorých látok bude uvedený nižšie.

Vodná voda

Voda zamrzne okolo 0 ° C. Táto hodnota sa však môže znížiť, ak obsahuje rozpustenú rozpustenú; Povedať, soľ alebo cukor.

V závislosti od množstva rozpustenej rozpustenej látky existujú rôzne morálky m; A zvýšením M, znižuje x, ktorých hodnota je možné nahradiť v rovnici (1), a teda čistá t.

Napríklad, ak sa do mrazničky zavedie pohár s vodou a ďalšie so sladkou vodou (alebo akémukoľvek nápoju založenému na vode), sklo s vodou najskôr zmrazí. Je to preto, že ich kryštály sa tvoria rýchlejšie bez narušenia glukózových molekúl, iónov alebo iných druhov.

To isté by sa stalo, keby sa do mrazničky vložil pohár s morskou vodou. Teraz môže alebo nemusí sklo s morskou vodou najprv zmraziť ako sklo so sladkou vodou; Rozdiel bude závisieť od množstva rozpustenej látky a nie jeho chemická povaha.

Z tohto dôvodu je pokles TC (teplota mrazu) koligatívnou vlastnosťou.

Alkohol

Zdroj: Pixabay

Alkoholy zamrznú pri chladnejších teplotách ako kvapalná voda. Napríklad etanol zamrzne okolo -114 ° C. Ak sa zmieša s vodou a inými zložkami, zvýšenie bodu zamrznutia bude naopak.

Pretože? Pretože voda, kvapalná látka a miešateľná s alkoholom, zamrzne pri oveľa vyššej teplote (0 ° C).

Vráťte sa do chladničky s okuliarmi s vodou, ak sa zavedie tentokrát s alkoholickým nápojom, bude to posledný, ktorý zamrzne. Čím väčší stupeň etylu, mraznička musí ochladiť ešte viac, aby nápoj zmrazil. Z tohto dôvodu sa nápoje ako tequila ťažšie zmrazujú.

Mlieko

Zdroj: Pixabay

Mlieko je látka založená na vode, pri ktorej je tuk dispergovaný spolu s laktózou a fosforečnami vápenatého, okrem iných lipoproteínov.

Najdôležitejšie komponenty vo vode sú tie, ktoré určujú, do akej miery sa ich bod mrazu bude meniť v závislosti od zloženia.

Môže vám slúžiť: Oxidačné číslo: Koncept, ako to dostať von a príklady

V priemere mlieko zamrzne pri teplote okolo -0.54 ° C, ale osciluje medzi -0.50 a -0.56 V závislosti od percentuálneho podielu vody. Preto môžete vedieť, či bolo mlieko falšované. A ako je vidieť, pohár s mliekom zmrazí takmer súčasne pohárom s vodou.

Nie všetky mlieky zamrznú pri rovnakej teplote, pretože ich zloženie závisí aj od jej zdroja zvierat.

Ortuť

Ortuť je jediný kov, ktorý je v kvapaline pri teplote miestnosti. Na jeho zmrazenie je potrebné znížiť teplotu na -38.83 ° C; A tentokrát sa mu zabráni myšlienke naliat.

Všimnite si, že ortuť zamrzne pred alkoholom. Dôvodom môže byť skutočnosť, že ortuťové sklo vibruje menej pozostávajúcimi z atómov spojených kovovými väzbami; Zatiaľ čo v etanole sú to molekuly Cho₃Chvály₂Ach relatívne svetlo, ktoré sa musí pomaly ubytovať.

Benzín

Zo všetkých príkladov bodu zamrznutia je najkomplexnejší benzín. Rovnako ako mlieko je to zmes; Ale jej základňa nie je voda, ale skupina niekoľkých uhľovodíkov, z ktorých každá má vlastné štrukturálne charakteristiky. Niektoré z malých molekúl a iné veľké.

Tieto uhľovodíky s nižšími tlakami pary zamrznú ako prvé; Zatiaľ čo iní zostanú v kvapalnom stave, aj keď je pohár benzínu obklopený tekutým dusíkom. „Benzínový ľad“ sa nebude vytvárať správne, ale gél so žltými zelenými tónmi.

Na úplné zmrazenie benzínu bude možno potrebné ochladiť teplotu až do -200 ° C. Pri tejto teplote je pravdepodobné, že sa tvorí benzínový ľad, pretože všetky zložky zmesi budú zmrazené; to znamená, že nebude existovať žiadna kvapalná fáza v rovnováhe s pevnou látkou.

Odkazy

1. Katedra fyziky, University of Ilinois v Urbana-Champaign. (2018). Otázky a odpovede: Zmrazenie benzínu. Zdroj: Van.Fyzika.Illinois.Edu
2. Irán. Levine. (2014). Princípy fyzikálneho spôsobu. (Šieste vydanie). MC Graw Hill.
3. Glasstón. (1970). Zmluva. Aguilar S. Do. edícií, Juan Bravo, 38, Madrid (Španielsko).
4. Walter J. Moore. (1962). Fyzikálna chémia. (Štvrté vydanie). Longmans.
5. Sibagrapribor. (2015). Stanovenie bodu mrazu mlieka. Získané z: Sibagrapribor.Ruka
6. HelMestine, Anne Marie, PH.D. (22. júna 2018). Bod mrazu alkoholu. Zotavené z: Thoughtco.com