ТАЧКА СМРЗАВАЊА: КАКО ТО ИЗРАЧУНАТИ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2026

Тачке смрзавања је температура на којој супстанца доживљава течне чврста прелаза равнотежу. Када је реч о супстанци, то може бити једињење, чисти елемент или смеша. Теоретски, сва материја се смрзава како температура пада на апсолутну нулу (0К).

Међутим, екстремне температуре нису неопходне за посматрање смрзавања течности. Ицебергс су један од најочитијих примера залеђених водених тела. Исто тако, феномен се може пратити у реалном времену помоћу купки са течним азотом или помоћу једноставног замрзивача.

Извор: Пкхере

Која је разлика између смрзавања и скрућивања? Да је први поступак увелико зависан од температуре, чистоће течности и да је термодинамичка равнотежа; док је друга више повезана са променама хемијског састава материје која се отврдне, чак и ако није потпуно течна (паста).

Стога је замрзавање отврдњавање; али обрнуто није увек тачно. Надаље, да би се искључио термин очвршћавање, мора постојати течна фаза која је у равнотежи са чврстим материјама исте супстанце; ледене бријег то раде: плутају на течној води.

Стога се суочава са смрзавањем течности када се формира чврста фаза као последица смањења температуре. Притисак такође утиче на ово физичко својство, мада су његови ефекти мањи у течностима са ниским притиском паре.

Шта је тачка смрзавања?

Како температура пада, просечна кинетичка енергија молекула се смањује и они зато мало успоравају. Како идете спорије у течност, долази тачка у којој они међусобно делују довољно да формирају поредани распоред молекула; ово је прва чврста твар из које ће израсти већи кристали.

Ако се ово прво чврсто „замахне“ превише, тада ће бити потребно још више спустити температуру док његови молекули не остану довољно. Температура на којој се ово постиже одговара тачки ледишта; одатле се успоставља равнотежа течност-чврста супстанца.

Претходни сценарио се јавља код чистих супстанци; али шта ако нису?

У том случају, молекули прве чврсте материје морају успети да уграде стране молекуле. Као резултат тога, формира се нечиста чврста супстанца (или чврста раствора) којој је за формирање потребна температура нижа од тачке смрзавања.

Затим говоримо о спуштању тачке смрзавања. Како има више страних молекула или тачније нечистоћа, течност ће се смрзнути на нижим и нижим температурама.

Замрзавање вс растворљивост

С обзиром на мешавину два једињења, А и Б, како температура пада, А замрзава, док Б остаје течан.

Сценариј је сличан ономе што је управо објашњено. Део А се још није смрзнуо и због тога је растворен у Б. Да ли је то равнотежа растворљивости о којој говоримо, а не прелаз течност-чврста супстанца?

Оба описа су валидна: А талог или замрзава, одвајајући се од Б како температура пада. Све А ће се исталожити када више не буде раствореног у Б; што је исто што и рећи да ће се А потпуно смрзнути.

Међутим, погодније је третирати појаву са становишта смрзавања. Дакле, А прво се смрзава, јер има нижу тачку ледишта, док ће Б бити потребне хладније температуре.

Међутим, "лед А" се заправо састоји од чврсте супстанце која има богатији састав од А него Б; али и Б је ту. То је зато што је А + Б хомогена смеша и зато се део те хомогености преноси на смрзнуту чврсту супстанцу.

Како то израчунати?

Како можете предвидјети или израчунати тачку смрзавања неке твари? Постоје физикално-хемијска израчунавања која омогућавају добијање приближне вредности ове тачке под другим притисцима (осим 1атм, спољног притиска).

Међутим, то води до енталпије фузије (Δ _Фус ); будући да је фузија процес у супротном смислу замрзавања.

Даље, експериментално је лакше одредити тачку топљења неке супстанце или смеше него тачку смрзавања; Иако се могу чинити исто, показују одређене разлике.

Као што је споменуто у претходном одељку: што је већа концентрација нечистоће то је већи пад тачке смрзавања. То се такође може рећи на следећи начин: што је мања фракција Кс чврсте супстанце у смеши, нижа ће температура замрзнути.

Једнаџба смањења температуре

Следећа једначина изражава и резимира све што је речено:

ЛнКс = - (Δ _Фус / Р) (1 / Т - 1 / Тº) (1)

Где је Р константа идеалног гаса која има скоро универзалну употребу. Тº је нормална тачка смрзавања (при собном притиску), а Т је температура на којој ће се чврста супстанца смрзнути до молне фракције Кс.

Из ове једначине, а након низа поједностављења, добија се следеће, боље познато:

ΔТц = К _Ф м (2)

Где м је Молалност растворене супстанце или нечистоће, а К _Ф је цриосцопиц константа растварача или течне компоненте.

Примери

У наставку ће бити дат кратак опис замрзавања неких супстанци.

Вода

Вода замрзава око 0 ° Ц. Међутим, ова вредност може се смањити ако садржи раствор растворен у њему; рецимо, со или шећер.

У зависности од количине раствореног раствора, постоје различити молалитети м; а како се м повећава, Кс опада, чија се вредност може заменити једначином (1) и тако решити за Т.

На пример, ако се чаша воде стави у замрзивач, а друга са заслађеном водом (или било којим пићем на бази воде), чаша воде ће се прво замрзнути. То је зато што се његови кристали формирају брже без ометања молекула глукозе, јона или других врста.

Исто би се десило ако ставите чашу морске воде у замрзивач. Сада чаша морске воде може или не мора бити прво замрзнута него чаша заслађене воде; разлика ће зависити од количине раствора а не од његове хемијске природе .

Из тог разлога је смањење Тц (температура смрзавања) колигативно својство.

Алкохол

Извор: Пикабаи

Алкохоли се смрзавају на хладнијим температурама од течне воде. На пример, етанол се смрзава око -114 ° Ц. Ако се помешају са водом и другим састојцима, доћи ће до повећања тачке смрзавања, напротив.

Зашто? Зато што се вода, течна супстанца која се може мешати са алкохолом, смрзава на знатно вишој температури (0 ° Ц).

Враћајући се до фрижидера са чашама воде, ако се овај пут унесе алкохолно пиће, ово ће последње смрзнути. Што је виша етилна класа, замрзивач ће је морати додатно охладити да би пиће замрзнуло. Из тог разлога је пиће попут текиле теже замрзнути.

Млеко

Извор: Пикабаи

Млеко је супстанца на воденој основи у којој се масноћа диспергује заједно са фосфатима лактозе и калцијума, поред осталих липопротеина.

Они састојци који су растворљивији у води одређују колика ће се тачка смрзавања разликовати у саставу.

У просеку, млеко замрзава на температури око -0,54 ° Ц, али се креће између -0,50 и -0,56, зависно од процента воде. Тако је могуће знати да ли је млеко обогаћено. И као што видите, чаша млека ће се смрзнути готово упоредо са чашом воде.

Не замрзава се све млеко на истој температури, јер његов састав такође зависи од животињског извора.

Меркур

Меркур је једини метал који је у течном облику на собној температури. Да бисте га замрзнули, потребно је спустити температуру на -38,83ºЦ; И овог пута ће се избећи идеја да се сипа у чашу и стави у замрзивач, јер може довести до страшних несрећа.

Имајте на уму да се жива смрзава пре алкохола. То може бити последица чињенице да кристал живе вибрира мање, јер се састоји од атома повезаних металним везама; док је у етанолу, су релативно лаган ЦХ ₃ ЦХ ₂ ОХ молекула који се морају полако смештају.

Бензин

Од свих примера тачке смрзавања, бензин је најсложенији. Попут млека, то је и мешавина; али његова база није вода, већ група разних угљоводоника, сваки са својим структурним карактеристикама. Неки мали молекули, а неки велики.

Они угљоводоници са нижим притиском паре прво ће се смрзнути; док ће остали остати течни, чак и ако чаша бензина буде окружена течним азотом. Неће правилно формирати „бензин на леду“, већ гел са жуто-зеленим тоновима.

Да бисте потпуно смрзнули бензин, можда ће бити потребно да се температура охлади на -200 ° Ц. При овој температури је вероватно да ће се формирати бензински лед, јер ће се све компоненте смеше смрзнути; то јест, више неће бити течне фазе у равнотежи са чврстом супстанцом.

Референце

1. Одељење за физику, Универзитет у Илиноису, Урбана-Цхампаигн. (2018). Питања и одговори: Замрзавање бензина. Опоравак од: ван.пхисицс.иллиноис.еду
2. Ира Н. Левине. (2014). Принципи физикохемије. (Шесто издање). Мц Грав Хилл.
3. Гласстоне. (1970). Физичко-хемијски уговор. Агуилар СА де Едиционес, Јуан Браво, 38, Мадрид (Шпанија).
4. Валтер Ј. Мооре. (1962). Физичка хемија. (Четврто издање). Лонгманс.
5. Сибагроприбор. (2015). Одређивање тачке смрзавања млека. Опоравак од: сибагроприбор.ру
6. Хелменстине, др Анне Марие (22. јуна 2018.). Тачка смрзавања алкохола. Опоравак од: тхинкцо.цом