Pakastuspiste siinä, mitä se koostuu, miten se lasketaan ja esimerkkejä

jäätymispiste on lämpötila, jossa aine läpäisee nestemäisen kiinteän siirtymävaiheen. Aineesta puhuttaessa tämä voi olla yhdiste, puhdas elementti tai seos. Teoreettisesti kaikki aineet jäätyy, kun lämpötila laskee absoluuttiseen nollaan (0K).

Äärimmäiset lämpötilat eivät kuitenkaan ole välttämättömiä nesteiden jäätymisen tarkkailemiseksi. Jäävuoria on yksi ilmeisimpiä esimerkkejä jäädytetyistä vesistöistä. Myös ilmiötä voi seurata reaaliajassa nestemäisten typpihauteiden avulla tai käyttämällä yksinkertaista pakastinta.

Mitä eroa on jäädyttämisen ja jähmettymisen välillä? Että ensimmäinen prosessi riippuu suuresti lämpötilasta, nesteen puhtaudesta ja on termodynaaminen tasapaino; kun taas toinen, liittyy enemmän aineen kemiallisen koostumuksen muutoksiin, jotka jähmettyvät, jopa ilman täysin nestettä (tahna).

Siksi pakastus on kiinteytyminen; mutta päinvastainen ei ole aina totta. Lisäksi jähmettymisen käsitteen hävittämiseksi on oltava nestemäinen faasi, joka on tasapainossa saman aineen kiinteän aineen kanssa; jäävuoret noudattavat tätä: ne kelluvat nestemäisellä vedellä.

Täten yksi on nesteen jäätymisen edessä, kun kiinteä faasi muodostuu lämpötilan laskun seurauksena. Paine vaikuttaa myös tähän fysikaaliseen omaisuuteen, vaikka sen vaikutukset ovat pienemmät nesteissä, joilla on alhaiset höyrynpaineet.

indeksi

• 1 Mikä on jäätymispiste??
  • 1.1 Pakastaminen vs. liukoisuus
• 2 Miten se lasketaan?
  • 2.1 Lämpötilan pudotusyhtälö
• 3 Esimerkkejä
  • 3.1 Vesi
  • 3.2 Alkoholi
  • 3.3 Maito
  • 3.4 Elohopea
  • 3.5 Bensiini
• 4 Viitteet

Mikä on jäätymispiste??

Kun lämpötila laskee, molekyylien keskimääräinen kineettinen energia vähenee, ja siksi ne hidastuvat hieman. Kun ne menevät hitaammin nesteessä, tulee kohta, jossa ne ovat vuorovaikutuksessa riittävän hyvin muodostaakseen molekyylin järjestyksen; tämä on ensimmäinen kiinteä aine, josta suuremmat kiteet kasvavat.

Jos tämä ensimmäinen kiinteä "heiluu" liikaa, on tarpeen alentaa lämpötilaa edelleen, kunnes sen molekyylit pysyvät riittävän hiljaisina. Lämpötila, jolla tämä saavutetaan, vastaa jäätymispistettä; sieltä muodostuu neste-kiinteä tasapaino.

Aiempi skenaario tapahtuu puhtaiden aineiden osalta; mutta mitä jos he eivät ole?

Tällöin ensimmäisen kiinteän aineen molekyylien täytyy onnistua sisällyttämään vieraita molekyylejä. Tämän seurauksena muodostuu epäpuhdas kiinteä aine (tai kiinteä liuos), joka tarvitsee alhaisemman lämpötilan kuin jäätymispiste sen muodostamiseksi.

Puhumme siitä Pakastuspisteen pudotus. Niin kauan kuin on enemmän vieraita molekyylejä tai tarkemmin ottaen epäpuhtauksia, neste jäätyy yhä alhaisemmissa lämpötiloissa.

Pakastaminen vs. liukoisuus

Ottaen huomioon kahden yhdisteen A ja B, kun lämpötila laskee, A jäätyy, kun taas B pysyy nestemäisenä.

Skenaario on samanlainen kuin juuri selitetty. Osa A: sta ei ole vielä jäätynyt, ja siksi se liuotetaan B: een. Onko liukoisuus tasapainossa keskusteltu enemmän kuin nestemäisen kiinteän siirtymän??

Molemmat kuvaukset ovat voimassa: A saostuu tai jäätyy pois B: stä, kun lämpötila laskee. Kaikki A on saostunut, kun siitä ei ole jäljellä mitään jäljellä B: ssä; joka on sama kuin sanomalla, että A on jäätynyt kokonaan.

On kuitenkin helpompaa käsitellä ilmiötä jäätymisen näkökulmasta. Näin ollen A jäätyy ensin, koska sillä on pienempi jäätymispiste, kun taas B tarvitsee kylmempiä lämpötiloja.

Itse asiassa "A: n jää" koostuu kiinteästä aineesta, jolla on rikkaampi A-koostumus kuin B: llä; mutta B on myös siellä. Tämä johtuu siitä, että A + B on homogeeninen seos, ja siksi osa tästä homogeenisuudesta siirretään pakastettuun kiinteään aineeseen.

Miten se lasketaan?

Miten voit ennustaa tai laskea aineen jäätymispisteen? On olemassa fysikaalis-kemiallisia laskelmia, jotka mahdollistavat mainitun pisteen likimääräisen arvon muissa paineissa (eri kuin 1atm, ympäristön paine).

Nämä virtaavat kuitenkin fuusion entalpiaan (Δ_FUS); koska fuusio on prosessi pakastamisen vastakkaiseen suuntaan.

Lisäksi on kokeellisesti helpompaa määrittää aineen tai seoksen sulamispiste kuin sen jäätymispiste; Vaikka ne saattavat vaikuttaa samalta, ne osoittavat tiettyjä eroja.

Kuten edellisessä osassa mainittiin: mitä suurempi epäpuhtauksien pitoisuus, sitä suurempi on jäädytyspisteen pudotus. Tämä voidaan sanoa myös seuraavalla tavalla: mitä pienempi on seoksen kiintoaineen mooliosuus X, se jäätyy alhaisemmassa lämpötilassa.

Lämpötilan pudotusyhtälö

Seuraava yhtälö ilmaisee ja tiivistää kaiken, mitä on sanottu:

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

Missä R on ihanteellinen kaasuvakio, jolla on lähes yleinen käyttö. Tº on normaali jäätymispiste (ympäristön paineessa) ja T on lämpötila, jossa kiinteä aine jäätyy jäämään molaariseen fraktioon X.

Tästä yhtälöstä ja useiden yksinkertaistusten jälkeen saamme seuraavat, paremmin tunnetut:

ΔTc = K_Fm (2)

Missä m on liuenneen aineen tai epäpuhtauden molaalisuus ja K_F on liuottimen tai nestekomponentin kryoskooppinen vakio.

esimerkit

Alla on lyhyt kuvaus joidenkin aineiden jäätymisestä.

vesi

Vesi jäätyy noin 0 ºC. Tämä arvo voi kuitenkin laskea, jos se sisältää liuenneen liuoksen; sanoa, suolaa tai sokeria.

Riippuen liuenneen liuoksen määrästä, sillä on erilaiset m-morfaliteetit; ja kun kasvaa m, se pienenee X: llä, jonka arvo voidaan korvata yhtälössä (1) ja siten selvää T: tä.

Esimerkiksi, jos laitat lasillisen vettä pakastimeen ja toinen makeutetulla vedellä (tai vesipohjaisella juomalla), lasillinen vettä jäätyy ensin. Tämä johtuu siitä, että niiden kiteet muodostuvat nopeammin ilman glukoosimolekyylien, ionien tai muiden lajien häiriöitä.

Sama tapahtuu, jos pakastimeen laitettaisiin lasillista merivesiä. Nyt merivedellä oleva lasi voi jäätyä tai jäädyttää ensin kuin makeutetulla vedellä; ero riippuu liuenneesta aineesta eikä sen kemiallista luonnetta.

Tästä syystä Tc: n väheneminen (jäätymislämpötila) on kolligatiivinen ominaisuus.

alkoholi

Alkoholit jäädyttyvät kylmemmissä lämpötiloissa kuin nestemäinen vesi. Esimerkiksi etanoli jäätyy noin -114 ° C: een. Jos se sekoitetaan veden ja muiden ainesosien kanssa, jäätymispiste kasvaa.

Miksi? Koska vesi, nestemäinen aine ja alkoholiin sekoittuvat, jäätyy paljon korkeammassa lämpötilassa (0 ° C).

Paluu jääkaappiin lasien kanssa vedellä, jos tällä kertaa syötät alkoholijuoman, tämä jää viimeiseksi jäädyttämään. Mitä korkeampi etyylilaji, pakastimen tulee jäähtyä edelleen juoman jäädyttämiseksi. Tästä syystä juomia, kuten tequilaa, on vaikeampi jäädyttää.

maito

Maito on vesipohjainen aine, jossa rasva dispergoituu laktoosin ja kalsiumfosfaattien lisäksi muiden lipoproteiinien lisäksi.

Ne komponentit, jotka liukenevat veteen, ovat sellaisia, jotka määrittävät, kuinka paljon se vaihtelee pakastusosuutensa koostumuksen kanssa.

Keskimäärin maito jäädytetään noin -0,54 ºC: n lämpötilassa, mutta se vaihtelee välillä -0,50 - -0,56 veden prosenttiosuudesta riippuen. Joten voit tietää, onko maitoa väärennetty. Ja kuten näette, lasillinen maitoa jäätyy lähes samaan tasoon kuin lasillinen vettä.

Ei kaikki maidot jäätyy samaan lämpötilaan, koska sen koostumus riippuu myös sen eläinlähteestä.

elohopea

Elohopea on ainoa metalli, joka on nestemäisessä muodossa huoneenlämpötilassa. Sen jäädyttämiseksi on tarpeen alentaa lämpötilaa -38,83 ° C: seen; ja tällä kertaa voit välttää ajatuksen kaataa sen lasiin ja laittaa sen pakastimeen, koska se voi johtaa kauhistuttaviin onnettomuuksiin.

Huomaa, että elohopea jäätyy ennen alkoholia. Tämä voi johtua siitä, että elohopeakide värähtelee vähemmän, koska se koostuu metalli- sidosten yhdistämistä atomista; kun taas etanolissa ne ovat CH-molekyylejä₃CH₂OH suhteellisen kevyt, joka täytyy sijoittaa hitaasti.

bensiini

Kaikista jäätymispisteistä esimerkkeinä bensiini on monimutkaisin. Maidon tavoin se on seos; mutta sen pohja ei ole vesi, vaan ryhmä useita hiilivetyjä, joista jokaisella on omat rakenteelliset ominaisuudet. Jotkut pienistä molekyyleistä ja muut suuret molekyylit.

Ne hiilivedyt, joilla on alhaisemmat höyrynpaineet, jäädyttävät ensin; kun taas muut jäävät nesteenä, vaikka nestemäistä typpeä ympäröi lasillinen bensiiniä. Se ei muodosta kunnolla "bensiinijäätä", vaan geeliä, jossa on kelta-vihreitä sävyjä.

Jotta jäädytetään bensiini kokonaan, lämpötila saattaa olla tarpeen jäähdyttää -200 ºC: seen. Tässä lämpötilassa on todennäköistä, että bensiini muodostuu, koska kaikki seoksen komponentit ovat jäätyneet; eli nestemäinen faasi ei ole enää tasapainossa kiinteän aineen kanssa.

viittaukset

1. Fysiikan laitos, Illinoisin yliopisto, Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Bensiinin pakastaminen. Haettu osoitteesta van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Fysikokemian periaatteet. (Kuudes painos). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fysiokemian sopimus. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Espanja).
4. Walter J. Moore. (1962). Fysikaalinen kemia (Neljäs painos). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Maidon jäädyttämispisteen määrittäminen. Haettu osoitteesta sibagropribor.ru