Vriespunt hoe het te berekenen en voorbeelden

Hij vriespunt Het is de temperatuur waarin een stof een vloeistof-vaste overgangsbalans ervaart. Bij het praten over substantie kan dit een verbinding, zuiver element of een mengsel zijn. Theoretisch bevriest alle materie naarmate de temperatuur daalt tot absolute nul (0k).

Extreme temperaturen zijn echter niet nodig om het bevriezen van vloeistoffen te observeren. IJsbergen zijn een van de meest voor de hand liggende voorbeelden van bevroren watermassa's. Ook kan het fenomeen in realtime worden gevolgd door vloeibare stikstofbaden, of met behulp van een eenvoudige vriezer.

Bron: Pxhere

Wat is het verschil tussen bevriezen en stolling? Dat het eerste proces sterk afhankelijk is van de temperatuur, van de zuiverheid van de vloeistof, en een thermodynamische balans is; Hoewel de tweede meer gerelateerd is aan veranderingen in de chemische samenstelling van de stof die stolt, zelfs zonder volledig vloeibaar te zijn (een pasta).

Daarom is een bevriezing een stolling; Maar het tegenovergestelde is niet altijd waar. Om de term stolling uit te sluiten, moet er bovendien een vloeibare fase in evenwicht zijn met de vaste stof van dezelfde stof; IJsbergen voldoen hieraan: ze drijven op vloeibaar water.

Aldus wordt het bevriezen van een vloeistof geconfronteerd met het bevriezen van een vaste fase als gevolg van een temperatuurdaling. De druk beïnvloedt ook deze fysieke eigenschap, hoewel de effecten ervan lager zijn in vloeistoffen met lage stoomdrukken.

[TOC]

Wat is het vriespunt?

Naarmate de temperatuur daalt, neemt de gemiddelde kinetische energie van de moleculen af ​​en vertraagt ​​daarom een ​​beetje. Langzamer gaan in de vloeistof, is er een punt waarop ze voldoende interactie hebben om een ​​ordelijke opstelling van molecuul te vormen; Dit is de eerste vaste stof, waaruit grotere kristallen zullen groeien.

Als deze eerste vaste stof te veel "wiebelen" is, dan is het nodig om de temperatuur verder te verlagen totdat de moleculen nog steeds voldoende blijven. De temperatuur waarbij dit overeenkomt met het vriespunt; Van daaruit wordt vloeistof-vaste balans vastgesteld.

Het vorige scenario treedt op voor pure stoffen; Maar wat als ze dat niet zijn?

In dat geval moeten de moleculen van de eerste vaste stof ze repareren om de buitenlandse moleculen op te nemen. Als gevolg hiervan wordt een onzuivere (of solide oplossing) gevormd, die een lagere temperatuur nodig heeft dan die van het vriespunt voor zijn formatie.

Het kan u bedienen: zilvernitraat (Agno3): structuur, eigenschappen, gebruik, toxiciteit

Er wordt dan over gesproken Vriestpunt afnemen. Hoewel er meer buitenlandse moleculen zijn, of beter gezegd, onzuiverheden, zal de vloeistof bevriezen bij steeds lagere temperaturen.

Bevriezen versus oplosbaarheid

Gegeven een mengsel van twee verbindingen, A en B, wanneer de temperatuur daalt, is deze bevriezen, terwijl B vloeibaar blijft.

Het scenario is vergelijkbaar met de nieuw uitgelegd. Een deel van A is nog niet bevroren en is daarom opgelost in B. Is de oplosbaarheidsbalans meer dan die van een vloeistof-vaste overgangsgesprekken dan?

Beide beschrijvingen zijn geldig: een neerslag of bevriezende scheiding van B wanneer de temperatuur daalt. Alles zal worden neergeslagen wanneer niets wordt opgelost in B; Dat is hetzelfde als zeggen dat een volledig bevroren.

Het is echter handiger om het fenomeen te behandelen vanuit het oogpunt van bevriezen. Het is dus gratis om een ​​lager vriespunt te hebben, terwijl B koudere temperaturen nodig heeft.

Het "ijs van A" bestaat echter echt uit een vaste stof met een rijkere samenstelling van B; Maar B is er ook. Dit komt omdat A + B een homogeen mengsel is en daarom een ​​deel van die homogeniteit wordt overgebracht naar de bevroren vaste stof.

Hoe het te berekenen?

Hoe kan het vriespunt van een stof worden voorspeld of berekend? Er zijn fysicochemische berekeningen die een geschatte waarde van genoemde punt mogelijk maken onder andere druk (anders dan 1AATM, omgevingsdruk).

Ze stromen echter in de fusion -enthalpie (δ_Fus); Sindsdien is de fusie het proces in de tegenovergestelde richting van bevriezen.

Bovendien is het gemakkelijker om het smeltpunt van een stof of mengsel te bepalen dan het vriespunt; Hoewel ze misschien hetzelfde lijken, vertonen ze bepaalde verschillen.

Zoals vermeld in de vorige paragraaf: hoe groter de concentratie van onzuiverheden, hoe groter de afname van het vriespunt zal zijn. Dit kan ook als volgt worden gezegd: hoe lager de molaire fractie X van de vaste stof in het mengsel, het zal bij een lagere temperatuur bevriezen.

Temperatuurafvalvergelijking

De volgende vergelijking drukt alles uit en vat alles samen:

Lnx = -(δ_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Waarbij r de constante is van de ideale gassen, die bijna universeel gebruik heeft. Tº is het normale vriespunt (bij omgevingsdruk), en T is de temperatuur waarbij de vaste stof wordt bevroren tot een molaire fractie x.

Het kan u van dienst zijn: chemische verdamping: wat bestaat, toepassingen en voorbeelden

Uit deze vergelijking, en na een reeks vereenvoudigingen, wordt het volgende verkregen, beter bekend:

Δtc = k_FM (2)

Waar m de molealiteit is van de opgeloste stof of onzuiverheid, en k_F Het is de cryoscopische constante van het oplosmiddel of vloeibare component.

Voorbeelden

Een korte beschrijving van het bevriezen van sommige stoffen zal hieronder worden gegeven.

Water

Water bevriest rond 0ºC. Deze waarde kan echter afnemen als deze een opgeloste opgeloste opgelost bevat; Om te zeggen, zout of suiker.

Afhankelijk van de hoeveelheid opgeloste opgeloste stof, zijn er verschillende moraal M; En door M te verhogen, neemt X af, waarvan de waarde kan worden vervangen in vergelijking (1) en dus duidelijk t.

Als bijvoorbeeld een glas met water in een vriezer wordt geïntroduceerd en een andere met zoet water (of een op water gebaseerde drank), zal het glas met water eerst bevriezen. Dit komt omdat hun kristallen sneller worden gevormd zonder de verstoring van glucosemoleculen, ionen of andere soorten.

Hetzelfde zou gebeuren als een glas met zeewater in de vriezer zou worden geplaatst. Nu kan het glas met zeewater al dan niet eerst bevriezen dan het glas met zoet water; Het verschil is afhankelijk van de hoeveelheid opgeloste stof En niet de chemische aard.

Het is om deze reden dat de daling van de TC (vriestemperatuur) een coligatieve eigenschap is.

Alcohol

Bron: Pixabay

Alcoholen bevriezen bij koudere temperaturen dan vloeibaar water. Ethanol bevriest bijvoorbeeld rond -114ºC. Indien gemengd met water en andere ingrediënten, zal een toename van het vriespunt integendeel zijn.

Omdat? Omdat water, vloeibare substantie en mengbaar met alcohol bevriest bij een veel hogere temperatuur (0ºC).

Terugkerend naar de koelkast met de bril met water, als deze keer er een met een alcoholische drank wordt geïntroduceerd, is dit de laatste om te bevriezen. Hoe groter de ethylgraad, de vriezer moet het nog meer afkoelen om het drankje te bevriezen. Het is om deze reden dat drankjes als tequila moeilijker te bevriezen zijn.

Melk

Bron: Pixabay

Melk is een op water gebaseerde stof, waarbij vet wordt verspreid samen met lactose- en calciumfosfaten, naast andere lipoproteïnen.

De meest oplosbare componenten in water zijn die welke bepalen hoeveel hun vriespunt zal variëren met de compositie.

Kan u van dienst zijn: oxidatienummer: concept, hoe u het uit kunt halen en voorbeelden

Gemiddeld bevriest melk bij een temperatuur rond -0.54ºC, maar oscilleert tussen -0.50 en -0.56 Afhankelijk van het percentage water. U kunt dus weten of melk is vervalst. En zoals te zien is, zal een glas met melk bijna tegelijkertijd bevriezen met het glas met water.

Niet alle melk bevriezen bij dezelfde temperatuur, omdat hun samenstelling ook afhangt van de dierbron.

Kwik

Kwik is het enige metaal dat in vloeibare vorm is bij kamertemperatuur. Om het te bevriezen, is het noodzakelijk om de temperatuur te verlagen tot -38.83ºC; En deze keer zal het idee om het in een glas te gieten worden vermeden en in een vriezer worden geïntroduceerd, omdat dit kan leiden tot vreselijke ongevallen.

Merk op dat Mercurius voor alcohol bevriest. Dit kan zijn omdat kwikglas minder trilt door te bestaan ​​uit atomen gekoppeld door metaalverbindingen; Terwijl ze in ethanol zijn, zijn het Cho -moleculen₃Ch₂Oh relatief licht dat langzaam moet worden ondergebracht.

Benzine

Van alle voorbeelden van het vriespunt is dat van benzine het meest complex. Net als melk is het een mengsel; Maar de basis is geen water, maar een groep van verschillende koolwaterstoffen, elk met zijn eigen structurele kenmerken. Sommige kleine moleculen en andere grote.

Die koolwaterstoffen met lagere stoomdrukken zullen eerst bevriezen; Terwijl anderen in vloeibare toestand blijven, zelfs als een glas benzine wordt omgeven door vloeibare stikstof. Een "benzine-ijs" zal niet goed worden gevormd, maar een gel met geelgroene tonen.

Om benzine volledig te bevriezen, moet het mogelijk de temperatuur afkoelen tot -200ºC. Bij deze temperatuur is het waarschijnlijk dat benzine -ijs wordt gevormd, omdat alle componenten van het mengsel zullen zijn bevroren; dat wil zeggen, er zal geen vloeibare fase in balans zijn met een vaste stof.

Referenties

1. Afdeling natuurkunde, Universiteit van Ilinois op Urbana-Champaign. (2018). Q&A: Bevriezen van benzine. Opgehaald van: Van.Natuurkunde.Illinois.Edu
2. Iran. Levine. (2014). Principes van fysicochemie. (Zesde editie). MC Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fysicochemie verdrag. Aguile s. NAAR. van edities, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanje).
4. Walter J. Moore. (1962). Fysische chemie. (Vierde druk). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Bepaling van het vriespunt van melk. Hersteld van: sibagropribor.Ru
6. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (22 juni 2018). Vriestpunt van alcohol. Hersteld van: Thoughtco.com