Fagyasztási pont abban, hogy mit tartalmaz, hogyan kell kiszámítani és példákat

az fagyáspont az a hőmérséklet, amelyen az anyag folyadék-szilárd átmeneti egyensúlyban van. Anyagról beszélve ez lehet egy vegyület, tiszta elem vagy keverék. Elméletileg minden anyag lefagy, mivel a hőmérséklet abszolút nullára csökken (0K).

A szélsőséges hőmérséklet azonban nem szükséges a folyadékok fagyasztásának megfigyeléséhez. A jéghegyek a fagyasztott víztestek egyik legnyilvánvalóbb példája. Emellett a jelenséget valós időben követhetjük folyékony nitrogénfürdőkkel, vagy egy egyszerű fagyasztóval.

Mi a különbség a fagyasztás és a megszilárdulás között? Az első folyamat nagymértékben függ a hőmérséklettől, a folyadék tisztaságától, és termodinamikai egyensúly; míg a második, inkább a megszilárduló anyag kémiai összetételének változásaihoz kapcsolódik, még akkor sem, ha teljesen folyékony (paszta).

Ezért a fagyasztás szilárdítás; de az ellenkezője nem mindig igaz. Továbbá, a szilárdítás fogalmának eldobásához folyékony fázisnak kell lennie az azonos anyag szilárd anyagával egyensúlyban. a jéghegyek megfelelnek ennek: folyékony vízben úsznak.

Ily módon a folyadék fagyasztásával szemben a hőmérséklet csökkenése következtében szilárd fázis képződik. A nyomás is befolyásolja ezt a fizikai tulajdonságot, bár hatása alacsonyabb az alacsony gőznyomású folyadékokban.

index

• 1 Mi a fagyáspont??
  • 1.1 Fagyasztás és oldhatóság
• 2 Hogyan kell kiszámítani?
  • 2.1 Hőmérséklet-csepp egyenlet
• 3 Példák
  • 3.1 Víz
  • 3.2 Alkohol
  • 3.3 Tej
  • 3.4 Higany
  • 3.5 Benzin
• 4 Referenciák

Mi a fagyáspont??

Ahogy a hőmérséklet csökken, a molekulák átlagos kinetikai energiája csökken, ezért lassulnak. Ahogy lassabban haladnak a folyadékban, egy olyan pont jön létre, ahol eléggé kölcsönhatásba lépnek a molekula rendezett elrendezéséhez; ez az első szilárd anyag, amelyből nagyobb kristályok nőnek.

Ha ez az első szilárd "túlságosan" hullámzik, akkor a hőmérsékletet tovább kell csökkenteni, amíg a molekulái elég csendesek maradnak. A hőmérséklet, amelyen ezt elérik, megfelel a fagyáspontnak; onnan létrejön a folyadék-szilárd egyensúly.

Az előző forgatókönyv tiszta anyagok esetében történik; de mi van, ha nem?

Ebben az esetben az első szilárd anyag molekuláinak be kell építeniük az idegen molekulákat. Ennek eredményeképpen egy szennyezett szilárd anyagot (vagy szilárd oldatot) képezünk, amely alacsonyabb hőmérsékletet igényel, mint a fagyáspont.

Beszélünk a Fagyáspont csökkenése. Amíg több idegen molekula van, vagy pontosabban a szennyeződések, a folyadék egyre alacsonyabb hőmérsékleten fagy.

Fagyasztás és oldhatóság

Két vegyület, A és B keveréke, amikor a hőmérséklet csökken, A lefagy, míg a B folyadék marad.

A forgatókönyv hasonló az éppen magyarázotthoz. Az A egy része még nem fagyott, ezért B.-ben feloldódik. Az oldhatósági egyensúly több mint a folyadék-szilárd átmenet kérdése??

Mindkét leírás érvényes: A kicsapódik a B-ből, vagy amikor a hőmérséklet csökken. Mindegyik A-nál kicsapódik, amikor semmi sem maradt fel benne B-ben; ami ugyanaz, mintha azt mondanánk, hogy A teljesen befagyott.

Azonban sokkal kényelmesebb a jelenség kezelése a fagyasztás szempontjából. Így először az A lefagy, mert alacsonyabb fagyponttal rendelkezik, míg a B hidegebb hőmérsékletre lesz szükség.

Valójában azonban az "A jég" olyan szilárd anyagból áll, amelynek gazdagabb összetétele az A, mint a B; de B is ott van. Ez azért van, mert az A + B homogén keverék, ezért ennek a homogenitásnak egy része a fagyasztott szilárd anyagba kerül..

Hogyan kell kiszámítani?

Hogyan lehet megjósolni vagy kiszámítani az anyag fagyáspontját? Vannak olyan fizikai-kémiai számítások, amelyek lehetővé teszik az említett pont közelítő értékének elérését más nyomáson (1m-től eltérő, a környezeti nyomás).

Ezek a fúziós entalpiába kerülnek (Δ_fus); mivel a fúzió a fagyasztás ellenkező irányú folyamata.

Ezenkívül kísérletileg könnyebben meghatározható az anyag vagy keverék olvadáspontja, mint a fagyáspontja; Bár ugyanazok lehetnek, bizonyos eltéréseket mutatnak.

Amint azt az előző részben említettük: minél nagyobb a szennyeződések koncentrációja, annál nagyobb a fagyáspont csökkenése. Ezt a következőképpen is meg lehet mondani: minél kisebb a keverékben lévő szilárd anyag X moláris frakciója, alacsonyabb hőmérsékleten fagyasztható.

Hőmérséklet csepp egyenlet

A következő egyenlet kifejezi és összegzi az összes mondottat:

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

Ahol R az ideális gáz konstans, amely szinte univerzálisan használható. A T ° a normál fagyáspont (környezeti nyomáson), és T az a hőmérséklet, amelyen a szilárd anyag X-es moláris frakcióján fagyasztható..

Ebből az egyenletből és egy sor egyszerűsítés után a következő, jobban ismert:

ΔTc = K_Fm (2)

Ahol m az oldott anyag vagy szennyeződés molalitása, és K_F az oldószer vagy a folyékony komponens krioszkópos állandója.

Példák

Az alábbiakban röviden ismertetjük egyes anyagok fagyasztását.

víz

A víz 0 ° C körül lefagy. Ez az érték azonban csökkenhet, ha benne oldott oldott anyagot tartalmaz; mondjuk sót vagy cukrot.

A feloldott oldott anyag mennyiségétől függően különböző m-moláris tulajdonságokkal rendelkezik; és ha m növekszik, akkor X csökken, amelynek értéke az (1) egyenletben helyettesíthető, és így tiszta T.

Például, ha egy pohár vizet fagyasztóba tesz, és egy másik édesített vízzel (vagy bármilyen vízalapú itallal), a pohár vizet fagyasztja először. Ez azért van, mert kristályaik gyorsabban képződnek a glükóz molekulák, ionok vagy más fajok zavarása nélkül.

Ugyanez történne, ha egy pohár tengervíz kerül a fagyasztóba. Most az üveg vízzel először vagy nem fagyasztható, mint az édesvízzel ellátott üveg; a különbség az oldott anyag mennyiségétől függ és nem annak kémiai jellegét.

Éppen ezért a Tc (fagyasztási hőmérséklet) csökkenése kolligatív tulajdonság.

alkohol

Alkoholok hidegebb hőmérsékleten fagynak le, mint a folyékony víz. Például az etanol körülbelül -114 ° C-on lefagy. Ha vízzel és egyéb összetevőkkel keveredik, a fagyáspont növekedni fog.

Miért? Mivel a víz, a folyékony anyag és az alkohollal elegyedik, sokkal magasabb hőmérsékleten (0 ° C) fagy..

Visszatérve a hűtőszekrénybe a pohárral vízzel, ha ezúttal egy alkoholtartalmú itallal lép be, ez lesz az utolsó, ami befagyasztható. Minél magasabb az etil-minőségű, a fagyasztónak tovább kell hűlnie az ital fagyasztásához. Emiatt nehezebb fagyasztani az olyan italokat, mint a tequila.

tej

A tej vízalapú anyag, amelyben a zsírokat a laktóz és a kalcium-foszfátok mellett diszpergálják más lipoproteinek mellett.

A vízben jobban oldódó komponensek azok, amelyek meghatározzák, hogy mennyi lesz a fagyáspontja a készítményhez képest.

A tej átlagosan -0,54 ° C körüli hőmérsékleten fagyasztva van, de a víz százalékától függően -0,50 és -0,56 között van. Tehát tudod, hogy a tejet hamisították-e. És ahogy láthatjuk, egy pohár tejet majdnem párhuzamosan fagyasztja le a pohár vizet.

Nem minden tej ugyanolyan hőmérsékleten fagy, mert összetétele az állati forrástól is függ.

higany

A higany az egyetlen olyan fém, amely szobahőmérsékleten folyékony formában van. Fagyasztásához szükséges a -38,83 ° C-ra csökkenteni a hőmérsékletet; és ezúttal elkerüljük azt az elképzelést, hogy egy pohárba öntjük, és fagyasztóba helyezzük, mert szörnyű balesetekhez vezethet.

Ne feledje, hogy a higany alkohol előtt lefagy. Ez annak tudható be, hogy a higanykristály kevésbé rezeg, mert fémkötések által összekapcsolt atomokból áll; míg etanolban CH molekulák₃CH₂OH viszonylag könnyű, amit lassan kell elhelyezni.

benzin

A fagyasztási pontok közül például a benzin a legösszetettebb. A tejhez hasonlóan keverék; alapja azonban nem víz, hanem több szénhidrogéncsoport, amelyek mindegyike saját szerkezeti jellemzőkkel rendelkezik. Néhány kis molekula és más nagy.

Az alacsonyabb gőznyomású szénhidrogének először megfagynak; míg a többiek folyékonyak maradnak, még akkor is, ha egy pohár benzint folyékony nitrogén veszi körül. Nem fog megfelelően kialakítani a „benzin jeget”, hanem a sárga-zöld tónusú gélt.

A benzin teljes befagyasztásához szükség lehet a hőmérséklet -200 ° C-ra történő hűtésére. Ezen a hőmérsékleten valószínűleg a benzin képződik, mert a keverék összes összetevője fagyott lesz; azaz nem lesz folyékony fázis, amely egyensúlyban van egy szilárd anyaggal.

referenciák

1. Fizikai Tanszék, Illinois Egyetem, Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Benzin fagyasztása. Lap forrása: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). A fiziko-kémia alapelvei. (Hatodik kiadás). Mc Graw-hegy.
3. Glasstone. (1970). Fizikai-kémiai szerződés. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanyolország).
4. Walter J. Moore. (1962). Fizikai kémia (Negyedik kiadás). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). A tej fagyasztási pontjának meghatározása. Lap forrása: sibagropribor.ru