Külmutuspunkt selles, mida see koosneb, kuidas seda arvutada ja näiteid

The külmumispunkt temperatuur, mille juures aine läbib vedeliku-tahke ülemineku tasakaalu. Aine kohta rääkides võib see olla ühend, puhas element või segu. Teoreetiliselt külmub kogu aine, kui temperatuur langeb absoluutsesse nullini (0K).

Kuid äärmuslikud temperatuurid ei ole vedelike külmutamise jälgimiseks vajalikud. Jäämäed on külmutatud veekogude üks ilmsemaid näiteid. Samuti võib nähtust reaalajas jälgida vedela lämmastiku vanniga või lihtsa sügavkülmiku abil.

Mis vahe on külmutamise ja tahkestumise vahel? Et esimene protsess sõltub suuresti temperatuurist, vedeliku puhtusest ja on termodünaamiline tasakaal; teine ​​aga on seotud aine keemilise koostise muutumisega, mis tahkestub, isegi kui see ei ole täiesti vedelik (pasta).

Seetõttu on külmutamine tahkestumine; kuid vastupidine ei ole alati tõsi. Lisaks tuleb tahkestumise mõiste kõrvaldamiseks olla vedel faas, mis on tasakaalus sama aine tahke ainega; jäämäed vastavad sellele: nad ujuvad vedelas vees.

Seega seisab vedeliku külmutamine silmitsi tahke faasi moodustumisega temperatuuri languse tagajärjel. Rõhk mõjutab ka seda füüsilist omadust, kuigi madala aururõhuga vedelike mõju on väiksem.

Indeks

• 1 Mis on külmumispunkt??
  • 1.1 Külmutamine vs lahustuvus
• 2 Kuidas seda arvutada?
  • 2.1 Temperatuuri languse võrrand
• 3 Näited
  • 3.1 Vesi
  • 3.2 Alkohol
  • 3.3 Piim
  • 3.4 Elavhõbe
  • 3.5 Bensiin
• 4 Viited

Mis on külmumispunkt??

Kui temperatuur langeb, väheneb molekulide keskmine kineetiline energia ja seetõttu aeglustuvad nad veidi. Kuna vedelikus on aeglasem, tekib punkt, kus nad suhtlevad piisavalt, et moodustada molekuli tellitud paigutus; see on esimene tahke aine, millest suurenevad suuremad kristallid.

Kui see esimene tahkis liigub liiga palju, siis on vaja temperatuuri veelgi alandada, kuni selle molekulid jäävad piisavalt vaikseks. Temperatuur, mille juures see saavutatakse, vastab külmumispunktile; sealt tekib vedelik-tahke tasakaal.

Eelmine stsenaarium juhtub puhtate ainete puhul; aga mis siis, kui nad ei ole?

Sellisel juhul peavad esimese tahke aine molekulid suutma kaasata võõrmolekule. Selle tulemusena tekib ebapuhtane tahke aine (või tahke lahus), mis vajab selle moodustamiseks madalamat temperatuuri kui külmumispunkt.

Me räägime sellest Külmumispunkti langus. Niikaua kui on rohkem võõramolekule või õigemini öeldes lisandeid, külmub vedelik üha madalamatel temperatuuridel.

Külmutamine vs lahustuvus

Arvestades kahe ühendi A ja B segu, kui temperatuur langeb, A külmub, samas kui B jääb vedelikuks.

Stsenaarium on sarnane just seletatavaga. Osa A-st ei ole veel külmunud ja seetõttu lahustub B-s. Kas lahustuvuse tasakaal on rohkem kui vedel-tahke ülemineku tasakaal??

Mõlemad kirjeldused kehtivad: A sadestub või külmub B-st, kui temperatuur langeb. Kõik A on sadestunud, kui selles ei ole B-s lahustunud midagi; mis on sama, mis ütleb, et A on täielikult külmunud.

Siiski on mugavam seda nähtust külmutada. Seega külmub A kõigepealt, sest tal on madalam külmumispunkt, samal ajal kui B vajab külmemat temperatuuri.

Kuid tegelikult "A" jää koosneb tahketest ainetest, millel on rikkam A koostis kui B; aga ka B on seal. Seda seetõttu, et A + B on homogeenne segu ja seetõttu kantakse osa sellest homogeensusest üle külmutatud tahkele ainele..

Kuidas seda arvutada?

Kuidas ennustada või arvutada aine külmumispunkti? On olemas füüsikalis-keemilised arvutused, mis võimaldavad saada nimetatud punkti ligikaudset väärtust muudel rõhkudel (erinev 1-kordne, ümbritsev rõhk).

Kuid need voolavad fusiooni entalpiasse (Δ_Fus); kuna sulandumine on protsess, mis on külmutamise vastassuunas.

Lisaks on aine või segu sulamistemperatuur eksperimentaalselt lihtsam määrata kui selle külmumispunkt; Kuigi need võivad tunduda samad, on neil teatud erinevused.

Nagu eelmises osas mainitud: mida suurem on lisandite kontsentratsioon, seda suurem on langus külmumispunktis. Seda võib öelda ka järgmisel viisil: mida väiksem on segus oleva tahke aine molaarne fraktsioon X, külmutatakse see madalamal temperatuuril.

Temperatuuri languse võrrand

Järgmine võrrand väljendab ja võtab kokku kõik, mida on öeldud:

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

Kui R on ideaalne gaasikonstant, millel on peaaegu universaalne kasutus. Tº on normaalne külmumispunkt (ümbritseva keskkonna rõhul) ja T on temperatuur, mille juures tahke aine külmub molaarse fraktsiooni X juures..

Sellest võrrandist ja pärast mitmeid lihtsustusi saame paremini teada:

ΔTc = K_Fm (2)

Kus m on lahustunud aine või lisandi molaarsus ja K_F on lahusti või vedela komponendi krüoskoopiline konstant.

Näited

Allpool on lühike kirjeldus mõne aine külmutamise kohta.

Vesi

Vesi külmub umbes 0 ° C. See väärtus võib siiski väheneda, kui see sisaldab selles lahustunud lahustit; öelda, sool või suhkur.

Sõltuvalt lahustunud lahustunud aine kogusest on sellel erinevad m-molaalsused; ja kui m suureneb, väheneb X, mille väärtus võib olla asendatud võrrandis (1) ja seega selge T.

Näiteks, kui paned sügavkülmikusse klaasi vett ja teine ​​magustatud veega (või mis tahes veepõhise joogiga), külmub esmalt klaas vett. Seda seetõttu, et nende kristallid moodustavad kiiremini ilma glükoosimolekulide, ioonide või muude liikide häirimiseta.

Sama juhtuks, kui sügavkülmikusse pannakse klaas merevett. Nüüd võib merevee klaas esmalt külmutada kui magustatud veega klaas; erinevus sõltub lahustunud aine kogusest mitte selle keemilist laadi.

Sel põhjusel on Tc vähenemine (külmumistemperatuur) kolligatiivne omadus.

Alkohol

Alkoholid külmutavad külmema temperatuuri juures kui vedel vesi. Näiteks külmub etanool umbes -114 ° C. Kui seda segatakse veega ja muude koostisosadega, suureneb külmumispunkt.

Miks? Kuna vesi, vedel aine ja alkoholiga segunevad, külmub palju kõrgemal temperatuuril (0 ° C).

Tagasi külmikuga klaasidega veega, kui seekord sisenete ühe alkohoolse joogiga, on see viimane külmutada. Mida kõrgem on etüülklass, peab sügavkülmik seda veel jahutama, et see joogi külmutada. Just sel põhjusel on tequilale sarnaseid jooke raskem külmutada.

Piim

Piim on veepõhine aine, milles lisaks teistele lipoproteiinidele on rasv dispergeeritud koos laktoosi ja kaltsiumfosfaatidega..

Need vees lahustuvad komponendid on need, mis määravad, kui palju varieerub selle külmumispunkt kompositsiooniga.

Keskmiselt külmutatakse piim temperatuuriga umbes -0,54 ° C, kuid vahemikus -0,50 kuni -0,56 sõltuvalt vee protsendist. Nii saate teada, kas piim on võltsitud. Ja nagu näete, külmub klaas piima peaaegu võrdselt veega.

Mitte kõik piimad külmuvad samal temperatuuril, sest selle koostis sõltub ka looma allikast.

Elavhõbe

Elavhõbe on ainus metall, mis on toatemperatuuril vedelal kujul. Selle külmutamiseks on vaja alandada temperatuuri -38,83 ° C-ni; ja seekord väldite ideed klaasist valada ja panna see sügavkülmikusse, sest see võib põhjustada kohutavaid õnnetusi.

Pange tähele, et elavhõbe külmub enne alkoholi. See võib olla tingitud asjaolust, et elavhõbedakristall vibreerib vähem, sest see koosneb metallsidemetega ühendatud aatomitest; etanoolis on need CH molekulid₃CH₂OH suhteliselt kerge, mis tuleb aeglaselt paigutada.

Bensiin

Kõigist külmumispunktide näidetest on bensiin kõige keerulisem. Nagu piim, on see segu; kuid selle alus ei ole vesi, vaid mitme süsivesiniku rühm, millel kõigil on oma struktuurilised omadused. Mõned väikesed molekulid ja teised suured.

Need süsivesinikud, mille aururõhk on madalamad, külmutavad esmalt; teised jäävad vedelikuks, isegi kui klaas bensiini on ümbritsetud vedela lämmastikuga. See ei moodusta korralikult "bensiini jääd", vaid kollase-rohelise tooniga geeli.

Bensiini täielikuks külmutamiseks võib osutuda vajalikuks temperatuuri jahutamine temperatuurini -200ºC. Sellel temperatuuril on tõenäoline, et bensiin moodustub, sest kõik segu komponendid on külmunud; see tähendab, et enam ei ole tahke aine tasakaalustatud vedelat faasi.

Viited

1. Füüsika osakond, Illinoisi Ülikool, Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Bensiini külmutamine. Välja otsitud andmebaasist: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Füüsikokeemia põhimõtted. (Kuues väljaanne). Mc Grawi mägi.
3. Glasstone. (1970). Füüsikokeemia leping. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Hispaania).
4. Walter J. Moore. (1962). Füüsiline keemia (Neljas väljaanne). Longmans.
5. Sibagropribor (2015). Piima külmutuskoha määramine. Välja otsitud andmebaasist: sibagropribor.ru