Fryspunkt hur man beräknar det och exempel

han frys punkt Det är temperaturen där ett ämne upplever en vätskefast övergångsbalans. När du pratar om substans kan detta vara ett sammansatt, rent element eller en blandning. Teoretiskt fryser alla ämnen när temperaturen minskar till absolut noll (0k).

Emellertid behövs inte extrema temperaturer för att observera frysningen av vätskor. Isberg är ett av de mest uppenbara exemplen på frysta vattenmassor. Fenomenet kan också övervakas i realtid genom flytande kvävebad eller med en enkel frys.

Källa: Pxhere

Vad är skillnaden mellan frysning och stelning? Att den första processen är mycket beroende av temperaturen, på vätskans renhet och är en termodynamisk balans; Medan den andra är mer relaterad till förändringar i den kemiska sammansättningen av ämnet som stelnar, även utan att vara helt flytande (en pasta).

Därför är en frysning en stelning; Men det motsatta är inte alltid sant. För att utesluta termen stelning måste det dessutom finnas en vätskefas i balans med det fasta ämnet av samma substans; Isberg följer detta: de flyter på flytande vatten.

Således står frysningen av en vätska mot frysning av en fast fas till följd av en temperaturminskning. Trycket påverkar också denna fysiska egenskap, även om dess effekter är lägre i vätskor med låga ångtryck.

[TOC]

Vad är fryspunkten?

När temperaturen sjunker minskar molekylernas genomsnittliga kinetiska energi och bromsar därför lite. När de går långsammare i vätskan finns det en punkt där de interagerar tillräckligt för att bilda ett ordnat arrangemang av molekyl; Detta är det första fasta ämnet, från vilket större kristaller kommer att växa.

Om detta första fasta ämnet är "wobble" för mycket, kommer det att vara nödvändigt att minska temperaturen ytterligare tills dess molekyler förblir fortfarande tillräckligt. Temperaturen vid vilken detta motsvarar fryspunkten; Därifrån upprättas vätskesolid balans.

Det föregående scenariot inträffar för rena ämnen; Men vad händer om de inte är det?

I så fall måste molekylerna i det första fasta ämnet fixa dem för att integrera de främmande molekylerna. Som ett resultat bildas en oren (eller fast lösning), som behöver en lägre temperatur än fryspunkten för dess bildning.

Det kan tjäna dig: Silvernitrat (AgNO3): Struktur, egenskaper, användningsområden, toxicitet

Det är sedan prat om Fryspunkten minskar. Även om det finns fler främmande molekyler, eller mer korrekt, föroreningar, kommer vätskan att frysa vid allt lägre temperaturer.

Frysning vs löslighet

Med tanke på en blandning av två föreningar, A och B, när temperaturen sjunker, fryser den, medan B förblir flytande.

Scenariot liknar den nyligen förklarade. En del av A har ännu inte frusit och är därför upplöst i B. Är löslighetsbalansen mer än för en vätskefast övergångssamtal då?

Båda beskrivningarna är giltiga: en utfällning eller frysning som skiljer sig från B när temperaturen sjunker. Allt kommer att fällas ut när ingenting löses i B; vilket är detsamma som att säga att en helt frusen.

Det är emellertid mer bekvämt att behandla fenomenet ur frysens synvinkel. Således är det fritt att ha en lägre fryspunkt, medan B behöver kallare temperaturer.

Men "isen av en" består verkligen av ett fast ämne som har en rikare sammansättning av B; Men B är också där. Detta beror på att A + B är en homogen blandning, och därför överförs en del av den homogeniteten till det frysta fasta ämnet.

Hur man beräknar det?

Hur kan fryspunkten för ett ämne förutsägas eller beräknas? Det finns fysikalisk -kemiska beräkningar som möjliggör ett ungefärligt värde på nämnda punkt under andra tryck (utom 1AATM, omgivningstryck).

De flödar emellertid in i fusionsentalpin (Δ_Fus); Sedan är sammanslagningen processen i motsatt riktning av frysning.

Dessutom är det lättare att bestämma smältpunkten för ett ämne eller en blandning än dess fryspunkt; Även om de kan verka desamma, visar de vissa skillnader.

Som nämnts i föregående avsnitt: Ju större koncentration av föroreningar, desto större är minskningen av fryspunkten att vara. Detta kan också sägas på följande sätt: Ju lägre den molära fraktionen x för det fasta ämnet i blandningen, den fryser vid en lägre temperatur.

Temperatur nedstigningsekvation

Följande ekvation uttrycker och sammanfattar allt sagt:

Lnx = -(5_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Där r är konstanten för de ideala gaserna, som har en nästan universell användning. Tº är den normala fryspunkten (vid omgivningstryck), och T är temperaturen vid vilken det fasta ämnet kommer att frysas till en molär fraktion x.

Det kan tjäna dig: kemisk indunstning: vad som består, applikationer och exempel

Från denna ekvation, och efter en serie förenklingar erhålls följande, bättre kända:

Δtc = k_FM (2)

Där m är malaliteten för lösta ämnen eller föroreningar, och k_F Det är den kryoskopiska konstanten för lösningsmedlet eller flytande komponent.

Exempel

En kort beskrivning av frysningen av vissa ämnen kommer att ges nedan.

Vatten

Vatten fryser runt 0 ° C. Detta värde kan emellertid minska om det innehåller ett lösta ämnet löst i det; Att säga, salt eller socker.

Beroende på mängden upplöst lösta ämnen finns det olika moraliteter m; Och genom att öka m, minskar x, vars värde kan bytas ut i ekvation (1) och därmed tydlig t.

Till exempel, om ett glas med vatten införs i en frys och ett annat med sött vatten (eller någon vattenbaserad dryck) kommer glaset med vatten först att frysa. Detta beror på att deras kristaller bildas snabbare utan störningar av glukosmolekyler, joner eller andra arter.

Detsamma skulle hända om ett glas med havsvatten placerades i frysen. Nu kan glaset med havsvatten eller inte frysa först än glaset med sött vatten; Skillnaden beror på mängden lösta ämnen och inte dess kemiska natur.

Det är av detta skäl som minskningen av TC (frysstemperatur) är en koligativ egenskap.

Alkohol

Källa: Pixabay

Alkoholer fryser vid kallare temperaturer än flytande vatten. Till exempel fryser etanol runt -114ºC. Om det blandas med vatten och andra ingredienser kommer en ökning av fryspunkten att vara tvärtom.

Därför att? Eftersom vatten, flytande substans och blandbart med alkohol, fryser vid en mycket högre temperatur (0 ° C).

Återvända till kylen med glasögonen med vatten, om den här gången med en alkoholhaltig dryck introduceras, kommer detta att vara det sista som fryser. Ju större etylgrad, frysen måste kyla den ännu mer för att frysa drinken. Det är av denna anledning som drycker som tequila är svårare att frysa.

Mjölk

Källa: Pixabay

Mjölk är ett vattenbaserat ämne, där fett sprids tillsammans med laktos- och kalciumfosfater, utöver andra lipoproteiner.

De mest lösliga komponenterna i vatten är de som avgör hur mycket deras fryspunkt kommer att variera med kompositionen.

Kan tjäna dig: oxidationsnummer: koncept, hur man får ut det och exempel

I genomsnitt fryser mjölken vid en temperatur runt -0.54ºC, men svänger mellan -0.50 och -0.56 Beroende på andelen vatten. Således kan du veta om mjölk har förfalskats. Och som man kan se kommer ett glas med mjölk att frysa nästan samtidigt med glaset med vatten.

Inte alla mjölkar fryser vid samma temperatur, eftersom deras sammansättning också beror på dess djurkälla.

Kvicksilver

Kvicksilver är den enda metallen som är i flytande form vid rumstemperatur. För att frysa det är det nödvändigt att minska temperaturen till -38.83ºC; Och den här gången kommer idén att hälla den i ett glas att undvikas och införs i en frys, eftersom det kan leda till fruktansvärda olyckor.

Observera att kvicksilver fryser före alkohol. Detta kan bero på att kvicksilverglas vibrerar mindre genom att bestå av atomer kopplade av metalllänkar; Medan de är i etanol är de Cho -molekyler₃Ch₂Åh relativt lätt som måste rymmas långsamt.

Bensin

Av alla exempel på fryspunkten är bensinen den mest komplexa. Liksom mjölk är det en blandning; Men dess bas är inte vatten, utan en grupp av flera kolväten, var och en med sina egna strukturella egenskaper. Några av små molekyler och andra stora.

De kolväten med lägre ångtryck fryser först; Medan andra kommer att förbli i flytande tillstånd, även om ett glas bensin är omgiven av flytande kväve. En "bensinis" kommer inte att bildas ordentligt, utan en gel med gulgröna toner.

För att helt frysa bensin kan det behöva kyla temperaturen upp till -200 ° C. Vid denna temperatur är det troligt att bensinis bildas, eftersom alla komponenter i blandningen kommer att ha fryst; det vill säga att det inte kommer att finnas någon flytande fas i balans med en fast.

Referenser

1. Institutionen för fysik, University of Ilinois i Urbana-Champaign. (2018). Frågor och svar: bensinfrysning. Hämtad från: Van.Fysik.Illinois.Edu
2. Iran. Levin. (2014). Principer för fysikalik. (Sjätte upplagan). MC Graw Hill.
3. Glanssten. (1970). Fysikalisk fördrag. Aguilar. TILL. av utgåvor, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanien).
4. Walter J. Moore. (1962). Fysisk kemi. (Fjärde upplagan). Longmans.
5. SibagropriBor. (2015). Bestämning av fryspunkten för mjölk. Återhämtat sig från: sibagropriBor.Ru
6. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (22 juni 2018). Fryspunkt för alkohol. Återhämtat sig från: tankco.com