Frysning punkt i, hvad det består, hvordan man beregner det og eksempler

den frysepunkt er den temperatur, ved hvilken et stof undergår en flydende fast overgangsligevægt. Når man taler om stof, kan dette være et sammensat, rent element eller en blanding. Teoretisk fryser alt stof, da temperaturen falder til absolut nul (0K).

Imidlertid er ekstreme temperaturer ikke nødvendige for at observere frysning af væsker. Isbjerge er et af de mest oplagte eksempler på frosne vandområder. Fænomenet kan også følges i realtid af flydende nitrogenbad eller ved brug af en simpel fryser.

Hvad er forskellen mellem frysning og størkning? At den første proces er stærkt afhængig af temperaturen, på væskens renhed og er en termodynamisk ligevægt; mens den anden er mere relateret til ændringer i stoffets kemiske sammensætning, der størkner, selv uden at være helt flydende (en pasta).

Derfor er en frysning en størkning; men det modsatte er ikke altid sandt. Endvidere skal der være en væskefase i ligevægt med det faste stof af det samme stof for at kassere termen størkning. Isfjeldene overholder dette: De flyder på flydende vand.

Således står en mod væsken af ​​en væske, når en fast fase dannes som følge af en temperaturfald. Tryk påvirker også denne fysiske egenskab, selv om dens virkninger er lavere i væsker med lavt damptryk.

indeks

• 1 Hvad er frysepunktet??
  • 1.1 Frysning vs. opløselighed
• 2 Sådan beregnes det?
  • 2.1 Temperaturfald ligning
• 3 eksempler
  • 3.1 Vand
  • 3.2 Alkohol
  • 3,3 mælk
  • 3,4 kviksølv
  • 3,5 benzin
• 4 referencer

Hvad er frysepunktet??

Når temperaturen falder, falder molekylernes gennemsnitlige kinetiske energi, og derfor sænker de lidt. Da de går langsommere i væsken kommer der et punkt, hvor de interagerer nok til at danne et ordnet arrangement af molekylet; Dette er det første faste stof, hvorfra større krystaller vil vokse.

Hvis denne første faste "wobbles" for meget, vil det være nødvendigt at sænke temperaturen yderligere, indtil dets molekyler forbliver tilstrækkeligt stille. Temperaturen, hvormed dette opnås, svarer til frysepunktet; derfra etableres den flydende faststofbalance.

Det foregående scenario sker for rene stoffer; men hvad hvis de ikke er det?

I så fald må molekylerne i det første faststof klare at inkorporere de fremmede molekyler. Som et resultat dannes der et uren faststof (eller en fast opløsning), som kræver en lavere temperatur end frysepunktet for dens dannelse.

Vi taler om Frysepunktdråbe. Så længe der er flere fremmede molekyler, eller mere korrekt taler, urenheder, vil væsken fryses ved stadig lavere temperaturer.

Frysning vs. opløselighed

Givet en blanding af to forbindelser, A og B, fryser A, når temperaturen falder, mens B forbliver flydende.

Scenariet ligner det, der netop blev forklaret. En del af A er endnu ikke frosset og opløses derfor i B. Er opløselighedsbalancen diskuteret mere end den af ​​en flydende fast overgang??

Begge beskrivelser er gyldige: A udfælder eller fryser væk fra B, når temperaturen falder. Alle A vil have udfældet, når der ikke er noget tilbage af det opløst i B; hvilket er det samme som at A vil have frosset helt.

Det er imidlertid mere hensigtsmæssigt at behandle fænomenet ud fra frysningspunktet. Så fryser A først fordi det har et lavere frysepunkt, mens B vil have koldere temperaturer.

Imidlertid består "isen af ​​A" faktisk af et faststof, der har en rigere sammensætning af A end af B; men også B er der. Dette skyldes, at A + B er en homogen blanding, og derfor overføres en del af denne homogenitet til det frosne faste stof.

Sådan beregnes det?

Hvordan kan du forudsige eller beregne frysepunktet for et stof? Der er fysisk-kemiske beregninger, der tillader at opnå en omtrentlig værdi af punktet under andre tryk (forskellig fra 1atm, omgivelsestryk).

Disse strømmer imidlertid ind i fusionsenthalpi (Δ_FUS); siden fusion er processen i den modsatte retning af frysning.

Derudover er det eksperimentelt lettere at bestemme smeltepunktet for et stof eller en blanding end dens frysepunkt; Selvom de måske synes at være de samme, viser de visse forskelle.

Som nævnt i det foregående afsnit: Jo højere koncentrationen af ​​urenheder er, jo større er dråben i frysepunktet. Dette kan også siges på følgende måde: jo mindre molafraktionen X af det faste stof i blandingen fryser den ved en lavere temperatur.

Temperaturfald Equation

Den følgende ligning udtrykker og opsummerer alt, der er blevet sagt:

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

Hvor R er den ideelle gaskonstant, som har en næsten universel anvendelse. Tº er det normale frysepunkt (ved omgivelsestryk), og T er den temperatur, ved hvilken det faste stof fryser ved en molær fraktion X.

Fra denne ligning og efter en række forenklinger får vi følgende bedre kendt:

ΔTc = K_Fm (2)

Hvor m er opløsningenes molalitet eller urenhed, og K_F er den kryokopiske konstant af opløsningsmidlet eller væskekomponenten.

eksempler

Nedenfor er en kort beskrivelse af indefrysningen af ​​nogle stoffer.

vand

Vandet fryser omkring 0ºC. Denne værdi kan dog falde, hvis den indeholder et opløst opløst i det; at sige, salt eller sukker.

Afhængigt af mængden af ​​opløst opløst stof har det forskellige m-molaliteter; og når man øger m, formindsker X, hvis værdi kan erstattes i ligning (1) og således fjerner T.

Hvis du f.eks. Lægger et glas vand i en fryser og en anden med sødet vand (eller en vandbaseret drink), fryser glasset vand først. Dette skyldes, at deres krystaller danner hurtigere uden forstyrrelsen af ​​glucosemolekyler, ioner eller andre arter.

Det samme ville ske, hvis et glas havvand blev sat i fryseren. Nu kan glasset med havvand eventuelt fryse først, end glasset med sødt vand; forskellen vil afhænge af mængden af ​​opløst stof og ikke dens kemiske natur.

Det er af denne grund, at faldet i Tc (frysetemperatur) er en kolligativ egenskab.

alkohol

Alkoholer fryser ved koldere temperaturer end flydende vand. F.eks. Fryser ethanol omkring -114 ° C. Hvis det blandes med vand og andre ingredienser, vil der være en stigning i frysepunktet.

Hvorfor? Fordi vand, flydende stof og blandbar med alkohol fryser ved en meget højere temperatur (0 ° C).

Tilbage til køleskabet med brillerne med vand, hvis denne gang du indtaster en med en alkoholholdig drik, vil dette være den sidste til at fryse. Jo højere ethylkvalitet, fryseren skal afkøle det yderligere for at fryse drikken. Det er derfor, at drikkevarer som tequila er sværere at fryse.

mælk

Mælk er et vandbaseret stof, hvor fedt er dispergeret sammen med lactose og calciumphosphater, ud over andre lipoproteiner.

De komponenter, der er mere opløselige i vand, er dem, der bestemmer, hvor meget der vil variere dets frysepunkt med sammensætningen.

I gennemsnit fryses mælken ved en temperatur omkring -0,54 ºC, men varierer mellem -0,50 og -0,56 afhængigt af procentdelen af ​​vand. Så du kan vide, om mælken er blevet forfalsket. Og som du kan se, fryser et glas mælk næsten på lige fod med glasset med vand.

Ikke al mælk fryser ved samme temperatur, fordi sammensætningen også afhænger af dens dyrkilde.

kviksølv

Kviksølv er det eneste metal, der er i flydende form ved stuetemperatur. For at fryse det er det nødvendigt at sænke temperaturen til -38.83ºC; og denne gang vil du undgå ideen om at hælde den i et glas og sætte det i en fryser, da det kan føre til forfærdelige ulykker.

Bemærk, at kviksølv fryser før alkohol. Dette skyldes det faktum, at kviksølvkrystallet vibrerer mindre, fordi det består af atomer forbundet med metalbindinger; i ethanol er de CH-molekyler₃CH₂OH relativt let, der skal indkvarteres langsomt.

benzin

Af alle eksempler på frysepunkt er benzin den mest komplekse. Ligesom mælk er det en blanding; men dens base er ikke vand, men en gruppe af flere carbonhydrider, hver med sine egne strukturelle egenskaber. Nogle af små molekyler og andre store.

Disse carbonhydrider med lavere damptryk fryser først; mens de andre forbliver flydende, selvom et glas benzin er omgivet af flydende nitrogen. Det danner ikke en "benzinis" korrekt, men en gel med gulgrønne toner.

For at fryse benzin helt, kan det være nødvendigt at afkøle temperaturen til -200ºC. Ved denne temperatur er det sandsynligt, at benzin vil danne, fordi alle komponenter i blandingen vil have frosset; det vil sige, at der ikke længere vil være en væskefase i ligevægt med et faststof.

referencer

1. Institut for Fysik, University of Illinois i Urbana-Champaign. (2018). Spørgsmål & Svar: Bensinfrysning. Hentet fra: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Principper for fysisk kemi. (Sjette udgave). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fysisk-kemiske traktat. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanien).
4. Walter J. Moore. (1962). Fysisk kemi (Fjerde udgave). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Bestemmelse af frysepunktet for mælk. Hentet fra: sibagropribor.ru