Iesaldēšanas punkts tajā, ko tas veido, kā to aprēķināt un piemēri

The sasalšanas punkts ir temperatūra, kurā viela nonāk šķidruma un cietā pārejas līdzsvara stāvoklī. Runājot par vielu, tas var būt savienojums, tīrs elements vai maisījums. Teorētiski visas vielas sasalst, jo temperatūra samazinās līdz absolūtai nullei (0K).

Tomēr, lai novērotu šķidrumu sasalšanu, nav nepieciešamas ārkārtējas temperatūras. Aisbergi ir viens no acīmredzamākajiem saldētu ūdenstilpņu piemēriem. Arī šo parādību reālā laikā var sekot šķidrā slāpekļa vannām vai izmantojot vienkāršu saldētavu.

Kāda ir atšķirība starp sasaldēšanu un cietināšanu? Ka pirmais process ir lielā mērā atkarīgs no temperatūras, šķidruma tīrības, un tas ir termodinamisks līdzsvars; otrais, vairāk saistīts ar vielas ķīmiskā sastāva izmaiņām, kas sacietē, pat bez pilnīgi šķidruma (pastas)..

Tāpēc sasalšana ir sacietēšana; bet ne vienmēr ir taisnība. Turklāt, lai atbrīvotu terminu "cietināšana", ir jābūt šķidrajai fāzei, kas ir līdzsvarā ar tās pašas vielas cietvielu; ledlauži to ievēro: tie peld ar šķidru ūdeni.

Tātad, šķidruma sasalšanas gadījumā, kad rodas temperatūras kritums, rodas cieta fāze. Spiediens ietekmē arī šo fizisko īpašību, lai gan tā iedarbība ir zemāka šķidrumos ar zemu tvaika spiedienu.

Indekss

• 1 Kāds ir sasalšanas punkts??
  • 1.1 Sasaldēšana pret šķīdību
• 2 Kā to aprēķināt?
  • 2.1 Temperatūras krituma vienādojums
• 3 Piemēri
  • 3.1 Ūdens
  • 3.2 Alkohols
  • 3.3. Piens
  • 3.4 Dzīvsudrabs
  • 3.5 Benzīns
• 4 Atsauces

Kāds ir sasalšanas punkts??

Samazinoties temperatūrai, molekulu vidējā kinētiskā enerģija samazinās, un tāpēc tie nedaudz palēninās. Tā kā šķidrumā tie iet lēnāk, nāk punkts, kur tie pietiekami mijiedarbojas, lai izveidotu sakārtotu molekulas izkārtojumu; šī ir pirmā cietā viela, no kuras pieaugs lielāki kristāli.

Ja šis pirmais cietais daudzums "pārplūst", tad būs nepieciešams pazemināt temperatūru, līdz tā molekulas paliek pietiekami klusas. Temperatūra, kādā tas tiek sasniegts, atbilst sasalšanas temperatūrai; no turienes tiek izveidots šķidruma-cietais līdzsvars.

Iepriekšējais scenārijs notiek attiecībā uz tīrām vielām; bet kas notiks, ja tie nav?

Tādā gadījumā pirmās cietās vielas molekulām jāpārvieto svešas molekulas. Rezultātā veidojas netīrs ciets (vai ciets šķīdums), kam tās veidošanai nepieciešama zemāka temperatūra nekā sasalšanas punkts.

Mēs runājam par Sasalšanas punkta kritums. Kamēr ir vairāk svešķermeņu vai, precīzāk runājot, piemaisījumi, šķidrums sasalst arvien zemākā temperatūrā.

Sasaldēšana pret šķīdību

Ņemot vērā divu savienojumu A un B maisījumu, kad temperatūra pazeminās, A sasalst, bet B paliek šķidrs.

Šis scenārijs ir līdzīgs tam, kas tikko tika paskaidrots. Daļa no A vēl nav iesaldēta, un tāpēc tā ir izšķīdināta B. Vai šķīdības līdzsvars ir vairāk nekā šķidruma-cietas pārejas jautājums??

Abi apraksti ir derīgi: A nokrīt vai sasalst no B, kad temperatūra pazeminās. Visi A būs nogulsnējušies, ja tajā nav palicis nekas no tā izšķīdināts; tas ir tāds pats kā sakot, ka A būs pilnīgi sasalusi.

Tomēr ir ērtāk šo fenomenu ārstēt no sasalšanas viedokļa. Tādējādi A iesaldē, jo tam ir zemāks sasalšanas punkts, bet B būs aukstākas temperatūras.

Tomēr faktiski "A" ledus sastāv no cietas vielas, kurai ir bagātāks A sastāvs nekā B; bet arī B ir. Tas ir tāpēc, ka A + B ir homogēns maisījums, un tādēļ daļa šīs homogenitātes tiek pārnesta uz saldētu cietu vielu..

Kā to aprēķināt?

Kā var prognozēt vai aprēķināt vielas sasalšanas punktu? Ir fizikāli ķīmiski aprēķini, kas ļauj iegūt minētā punkta aptuveno vērtību citos spiedienos (atšķirībā no 1atm, apkārtējā spiediena)..

Tomēr šīs plūsmas iestājas kodolsintēzes entalpijā (Δ_Fus); tā kā kodolsintēze ir process pretējā sasalšanas virzienā.

Turklāt ir eksperimentāli vieglāk noteikt vielas vai maisījuma kušanas punktu, nekā tā sasalšanas temperatūra; Lai gan tie var šķist vienādi, tie rāda dažas atšķirības.

Kā minēts iepriekšējā sadaļā: jo augstāks piemaisījumu koncentrācija, jo lielāks kritums sasalšanas punktā. To var teikt arī šādi: jo mazāka ir maisījumā esošās cietās vielas molārā frakcija X, tā sasalst zemākā temperatūrā.

Temperatūras krituma vienādojums

Nākamais vienādojums izsaka un apkopo visu, kas ir teikts:

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

Kur R ir ideāls gāzu konstante, kas ir gandrīz universāls. Tº ir parastais sasalšanas punkts (pie apkārtējā spiediena), un T ir temperatūra, pie kuras cietā viela sasalst pie X molārā frakcijas..

No šī vienādojuma un pēc vairākiem vienkāršojumiem mēs labāk pazīstam šādus:

ΔTc = K_Fm (2)

Kur m ir šķīdinātāja vai piemaisījuma molalitāte un K_F ir šķīdinātāja vai šķidruma komponenta krioskopiskais konstants.

Piemēri

Tālāk sniegts īss apraksts par dažu vielu iesaldēšanu.

Ūdens

Ūdens sasalst ap 0ºC. Tomēr šī vērtība var samazināties, ja tā satur tajā izšķīdinātu šķīdinātāju; teikt, sāls vai cukurs.

Atkarībā no izšķīdinātā šķīdinātāja daudzuma tai ir atšķirīgas m-molalitātes; un, palielinot m, samazinās X, kura vērtību var aizstāt ar (1) vienādojumu un tādējādi skaidri T.

Piemēram, ja ledusskapī ievietojat glāzi ūdens, bet otru ar saldinātu ūdeni (vai kādu dzērienu no ūdens), ūdens glāze vispirms iesaldēsies. Tas ir tāpēc, ka to kristāli veidojas ātrāk bez glikozes molekulu, jonu vai citu sugu traucējumiem.

Tas pats notiks, ja saldētavā tiktu ievietota glāze jūras ūdens. Tagad stikls ar jūras ūdeni vispirms var vai nesasalst, nekā stikls ar saldinātu ūdeni; atšķirība būs atkarīga no šķīdinātāja daudzuma nevis tā ķīmisko dabu.

Šī iemesla dēļ Tc (sasalšanas temperatūra) samazinājums ir koligatīvs īpašums.

Alkohols

Alkoholi sasalst aukstākā temperatūrā nekā šķidrs ūdens. Piemēram, etanols sasalst ap -114 ° C. Ja to sajauc ar ūdeni un citām sastāvdaļām, sasalšanas temperatūra palielināsies.

Kāpēc? Tā kā ūdens, šķidra viela un sajaucas ar spirtu, sasalst daudz augstākā temperatūrā (0 ° C).

Atgriežoties ledusskapī ar glāzēm ar ūdeni, ja šoreiz jūs ievadāt vienu ar alkoholisko dzērienu, tas būs pēdējais, kas iesaldēs. Jo augstāks ir etilspirts, jo saldētavā tas vēl jāatdzesē, lai sasaldētu dzērienu. Tieši šī iemesla dēļ dzērienus, piemēram, tekilu, ir grūtāk iesaldēt.

Piens

Piens ir ūdens viela, kurā papildus citiem lipoproteīniem tauki ir izkliedēti kopā ar laktozi un kalcija fosfātiem..

Tie komponenti, kas vairāk šķīst ūdenī, ir tie, kas nosaka, cik daudz mainīsies sasalšanas punkts ar sastāvu.

Vidēji piens tiek sasaldēts apmēram -0,54 ° C temperatūrā, bet robežās no -0,50 līdz -0,56 atkarībā no ūdens procentuālā daudzuma. Tātad, jūs varat zināt, vai piens ir aizvainots. Un, kā jūs varat redzēt, glāze piena iesaldēs gandrīz paralēli ūdens glāzei.

Ne visi pieni sasalst tajā pašā temperatūrā, jo tā sastāvs ir atkarīgs arī no tā avota.

Dzīvsudrabs

Dzīvsudrabs ir vienīgais metāla šķidrums istabas temperatūrā. Lai to sasaldētu, ir nepieciešams pazemināt temperatūru līdz -38,83 ° C; un šoreiz jūs izvairīsieties no idejas ielejot to glāzē un ievietot to saldētavā, jo tas var izraisīt briesmīgus negadījumus.

Ņemiet vērā, ka dzīvsudrabs sasalst pirms alkohola. Tas var būt saistīts ar to, ka dzīvsudraba kristāls vibrē mazāk, jo tas sastāv no atomiem, ko savieno metāla saites; bet etanolā tie ir CH molekulas₃CH₂OH salīdzinoši viegla, kas ir jāvada lēni.

Benzīns

No visiem saldēšanas punktu piemēriem benzīns ir vissarežģītākais. Tāpat kā piens tas ir maisījums; bet tā pamatne nav ūdens, bet vairāku ogļūdeņražu grupa, kam katrai ir savas strukturālās īpašības. Dažas no mazajām molekulām un citām lielām.

Tie ogļūdeņraži ar zemākiem tvaika spiedieniem vispirms iesaldēsies; kamēr citi paliks šķidri, pat ja šķidrā slāpekļa apkārtnē ir glāze benzīna. Tas netiks pareizi veidots "benzīna ledus", bet gels ar dzelteni zaļiem toņiem.

Lai pilnībā iesaldētu benzīnu, var būt nepieciešams atdzesēt temperatūru līdz -200ºC. Šajā temperatūrā var rasties benzīns, jo visas maisījuma sastāvdaļas būs sasalušas; tas nozīmē, ka vairs nebūs šķidrās fāzes līdzsvarā ar cietu vielu.

Atsauces

1. Ilinoisas Universitātes Fizikas katedra, Urbana-Champaign. (2018). Jautājumi un atbildes: Benzīna saldēšana. Saturs iegūts no: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Fizikāli ķīmijas principi. (Sestais izdevums). Mc Graw kalns.
3. Glasstone. (1970). Fizikāli ķīmijas līgums. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madride (Spānija).
4. Walter J. Moore. (1962). Fiziskā ķīmija (Ceturtais izdevums). Longmans.
5. Sibagropribors (2015). Piena iesaldēšanas punkta noteikšana. Saturs iegūts no: sibagropribor.ru