Užšaldymo taškas, kurį jis sudaro, kaip ją apskaičiuoti ir pavyzdžiai



The užšalimo temperatūra yra temperatūra, kurioje medžiaga patenka į skysčio-kieto perėjimo pusiausvyrą. Kalbant apie medžiagą, tai gali būti junginys, grynas elementas arba mišinys. Teoriškai visos medžiagos užšąla, kai temperatūra sumažėja iki absoliutaus nulio (0K).

Tačiau ekstremalios temperatūros nebūtinos, kad būtų galima stebėti skysčių užšalimą. Ledai yra vienas iš akivaizdžiausių užšaldytų vandens telkinių pavyzdžių. Be to, šį reiškinį galima stebėti realiu laiku skysto azoto voniomis arba naudojant paprastą šaldiklį.

Koks skirtumas tarp užšaldymo ir kietėjimo? Pirmasis procesas labai priklauso nuo temperatūros, skysčio grynumo ir yra termodinaminė pusiausvyra; o antrasis - labiau susijęs su cheminės sudėties, kuri sukietėja, cheminės sudėties pokyčiais, net ir visiškai neveikiant (pastos).

Todėl užšaldymas yra kietėjimas; bet ne visada teisinga. Be to, norint išmesti terminą „kietėjimas“, turi būti skysta fazė, atitinkanti tos pačios medžiagos kietąją medžiagą; ledkalniai atitinka šiuos reikalavimus: jie plaukioja skystu vandeniu.

Taigi, susiduriant su skysčio užšalimu, kai susidaro kieta fazė dėl temperatūros kritimo. Slėgis taip pat turi įtakos šiai fizinei savybei, nors jo poveikis yra mažesnis skysčiuose, kuriuose yra mažas garų slėgis.

Indeksas

  • 1 Kas yra užšalimo temperatūra??
    • 1.1 Užšaldymas ir tirpumas
  • 2 Kaip ją apskaičiuoti?
    • 2.1 Temperatūros kritimo lygtis
  • 3 Pavyzdžiai
    • 3.1 Vanduo
    • 3.2 Alkoholis
    • 3.3 Pienas
    • 3.4 Gyvsidabris
    • 3.5 Benzinas
  • 4 Nuorodos

Kas yra užšalimo temperatūra??

Kai temperatūra nukrenta, molekulių vidutinė kinetinė energija mažėja, todėl jie šiek tiek sulėtėja. Kadangi skystyje jie vyksta lėčiau, atsiranda taškas, kuriame jie pakankamai bendrauja, kad sudarytų tvarkingą molekulės išdėstymą; tai yra pirmoji kieta medžiaga, iš kurios augs didesni kristalai.

Jei šis pirmas kietas „vobuliuoja“ per daug, tada reikės toliau mažinti temperatūrą, kol jos molekulės išliks pakankamai tylios. Temperatūra, kuria ji pasiekiama, atitinka užšalimo temperatūrą; iš ten susidaro skystis-kieta pusiausvyra.

Ankstesnis scenarijus įvyksta grynoms medžiagoms; bet kas, jei ne?

Tokiu atveju pirmosios kietosios medžiagos molekulės turi sugebėti įtraukti svetimas molekules. Dėl to susidaro nešvari kieta medžiaga (arba kietas tirpalas), kuriam susidaryti reikia mažesnės temperatūros nei užšalimo temperatūra.

Mes kalbame apie Užšalimo taško sumažėjimas. Tol, kol yra daugiau svetimkūnių, arba, teisingiau, priemaišų, skystis užšąla vis žemesnėje temperatūroje.

Užšaldymas ir tirpumas

Atsižvelgiant į dviejų junginių, A ir B mišinį, kai temperatūra nukrenta, A užšąla, o B lieka skystas.

Šis scenarijus yra panašus į ką tik paaiškinta. Dalis A dalies dar nėra užšaldyta, todėl yra ištirpinta B. Ar tirpumo pusiausvyra aptarta daugiau nei skystis-kietas perėjimas??

Abu aprašymai galioja: A nusodina arba užšąla nuo B, kai temperatūra nukrenta. Visi A bus nusodinti, kai nėra nieko, kas liko ištirpinta B; tas pats, kas sako, kad A bus visiškai užšaldyta.

Tačiau patogu šį reiškinį gydyti užšaldymo požiūriu. Taigi A užšąla, nes ji turi mažesnį užšalimo tašką, o B - šaltesnė temperatūra.

Tačiau iš tikrųjų "A ledas" susideda iš kietos medžiagos, turinčios turtingesnę A kompoziciją nei B; bet B taip pat yra. Taip yra todėl, kad A + B yra homogeniškas mišinys, todėl dalis šios homogeniškumo perkeliama į užšaldytą kietąją medžiagą..

Kaip ją apskaičiuoti?

Kaip galite prognozuoti ar apskaičiuoti medžiagos užšalimo tašką? Yra fizikinių ir cheminių skaičiavimų, leidžiančių gauti apytikslę minėto taško vertę esant kitiems slėgiams (skirtingai nuo 1tm, aplinkos slėgis).

Tačiau šie srautai patenka į sintezės entalpiją (ΔFusas); nes sintezė yra procesas priešinga šaldymo kryptimi.

Be to, eksperimentiškai lengviau nustatyti medžiagos ar mišinio lydymosi temperatūrą nei jo užšalimo temperatūra; Nors jie gali atrodyti vienodi, jie rodo tam tikrus skirtumus.

Kaip minėta ankstesniame skyriuje: kuo didesnė priemaišų koncentracija, tuo didesnis kritimas užšalimo temperatūroje. Tai taip pat galima pasakyti tokiu būdu: kuo mažesnė kietosios medžiagos molinė frakcija X, ji užšaldys žemesnėje temperatūroje.

Temperatūros kritimo lygtis

Toliau pateikta lygtis išreiškia ir apibendrina viską, kas buvo pasakyta:

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

Kur R yra idealus dujų konstanta, kuri turi beveik visuotinį naudojimą. Tº yra normalus užšalimo taškas (esant aplinkos slėgiui), o T - temperatūra, kurioje kietoji medžiaga užšaldys X moline frakcija..

Iš šios lygties ir po keleto supaprastinimų gauname šiuos, geriau žinomus:

ΔTc = KFm (2)

Kur m yra tirpalo arba priemaišos molalumas ir KF yra tirpiklio arba skysto komponento krioskopinė konstanta.

Pavyzdžiai

Toliau pateikiamas trumpas kai kurių medžiagų užšaldymo aprašymas.

Vanduo

Vanduo užšąla apie 0 ° C. Tačiau ši vertė gali sumažėti, jei jame yra tirpių, ištirpintų; sakyti, druska arba cukrus.

Priklausomai nuo ištirpusio tirpalo kiekio, jis turi skirtingas m-molalias; ir didinant m, mažėja X, kurio vertė gali būti pakeista (1) lygtyje ir taip aišku T.

Pavyzdžiui, jei į šaldiklį įdėjote stiklinę vandens, o kitą - su saldintu vandeniu (ar bet kokiu vandens pagrindu pagamintu gėrimu), pirmiausia užšaldys vandens stiklas. Taip yra todėl, kad jų kristalai susidaro greičiau, netrukdydami gliukozės molekulių, jonų ar kitų rūšių.

Tas pats atsitiktų, jei į šaldiklį būtų įdėta stiklinės jūros vandens. Dabar stiklas su jūros vandeniu pirmiausia gali užšaldyti nei stiklas su saldintu vandeniu; skirtumas priklausys nuo tirpalo kiekio o ne jos cheminė prigimtis.

Būtent dėl ​​šios priežasties Tc sumažėjimas (užšalimo temperatūra) yra koligatyvinė nuosavybė.

Alkoholis

Alkoholiai užšaldomi šaltesnėje temperatūroje nei skystas vanduo. Pavyzdžiui, etanolis užšąla apie -114 ° C. Jei jis bus sumaišytas su vandeniu ir kitomis sudedamosiomis dalimis, šaldymo temperatūra padidės.

Kodėl? Kadangi vanduo, skysta medžiaga ir maišoma su alkoholiu, užšąla daug aukštesnėje temperatūroje (0 ° C).

Grįžkite į šaldytuvą su stiklais su vandeniu, jei šį kartą įvedate vieną su alkoholiniu gėrimu, tai bus paskutinis užšaldymas. Kuo aukštesnis etilo laipsnis, šaldiklis turi toliau atvėsti, kad užšaldytų gėrimą. Būtent dėl ​​šios priežasties gėrimus, pavyzdžiui, tekilą, sunkiau užšaldyti.

Pienas

Pienas yra vandens pagrindu pagaminta medžiaga, kurioje be kitų lipoproteinų, be laktozės ir kalcio fosfatų, ištirpsta riebalai..

Tie komponentai, kurie labiau tirpsta vandenyje, yra tie, kurie lemia, kiek bus kinta jo užšalimo temperatūra.

Vidutiniškai pienas yra užšaldomas maždaug -0,54 ° C temperatūroje, tačiau svyruoja nuo -0,50 iki -0,56, priklausomai nuo vandens kiekio. Taigi, galite žinoti, ar pienas buvo suklastotas. Ir kaip matote, stiklinė pieno užšaldys beveik lygiai su stikline vandens.

Ne visi pienai užšąla toje pačioje temperatūroje, nes jo sudėtis taip pat priklauso nuo jo šaltinio.

Gyvsidabris

Gyvsidabris yra vienintelis metalas, kuris kambario temperatūroje yra skystas. Norint jį užšaldyti, būtina sumažinti temperatūrą iki -38,83 ° C; ir šį kartą išvengsite idėjos pilti jį į stiklą ir įdėti į šaldiklį, nes tai gali sukelti baisias avarijas.

Atkreipkite dėmesį, kad gyvsidabris užšąla prieš alkoholį. Taip gali būti dėl to, kad gyvsidabrio kristalas mažiau vibruoja, nes jis susideda iš atomų, susietų su metalinėmis jungtimis; etanolyje jie yra CH molekulės3CH2OH santykinai lengva, kuri turi būti laikoma lėtai.

Benzinas

Iš visų šaldymo taškų pavyzdžių benzinas yra sudėtingiausias. Kaip ir pienas, tai yra mišinys; tačiau jo pagrindas yra ne vanduo, bet kelių angliavandenilių grupė, kiekviena su savo struktūrinėmis savybėmis. Kai kurios mažos molekulės ir kitos didelės.

Tie angliavandeniliai, kurių garų slėgis mažesnis, pirmiausia užšaldys; o kiti lieka skysti, net jei skystas azotas supa stiklinę benzino. Jis netinkamai suformuos „benzino ledą“, o gelį su geltonos ir žalios spalvos tonais.

Norint visiškai užšaldyti benziną, gali tekti atšaldyti temperatūrą iki -200ºC. Šioje temperatūroje tikėtina, kad susidarys benzinas, nes visi mišinio komponentai bus užšaldyti; tai reiškia, kad nebebus pusiausvyros su skysta fazė.

Nuorodos

  1. Ilinojaus universiteto Fizikos katedra, Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Benzino užšalimas. Gauta iš: van.physics.illinois.edu
  2. Ira N. Levine. (2014). Fizikochemijos principai. (Šeštasis leidimas). Mc Graw kalnas.
  3. Glasstone. (1970). Fizikochemijos sutartis. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madridas (Ispanija).
  4. Walter J. Moore. (1962). Fizinė chemija (Ketvirtasis leidimas). Longmansas.
  5. Sibagropribor (2015). Pieno užšalimo vietos nustatymas. Gauta iš: sibagropribor.ru