נקודת הקפאה במה שהיא מורכבת, איך לחשב אותה ודוגמאות

ה נקודת הקפאה היא הטמפרטורה שבה חומר עובר שיווי משקל נוזלי מוצק המעבר. כאשר מדברים על חומר, זה יכול להיות מרכיב מורכב, טהור או תערובת. תיאורטית, כל חומר קופא כמו הטמפרטורה יורדת לאפס מוחלט (0K).

עם זאת, טמפרטורות קיצוניות אין צורך לראות את הקפאת הנוזלים. קרחונים הם אחת הדוגמאות הברורות ביותר של גופים קפואים של מים. כמו כן, התופעה יכולה להיות מלווה בזמן אמת על ידי אמבטיות חנקן נוזלי, או באמצעות מקפיא פשוט.

מה ההבדל בין הקפאה לבין ביסוס? כי התהליך הראשון תלוי מאוד בטמפרטורה, על טוהר הנוזל, והוא שיווי משקל תרמודינמי; ואילו השני, קשור יותר לשינויים בהרכב הכימי של החומר אשר מתקשה, גם מבלי להיות נוזלי לחלוטין (הדבק).

לכן, הקפאה היא ביסוס; אבל ההפך הוא לא תמיד נכון. יתר על כן, כדי לבטל את המושג לביסוס, חייב להיות שלב נוזלי בשיווי משקל עם מוצק של אותו חומר; הקרחונים תואמים את זה: הם צפים על מים נוזליים.

לכן, אחד עומד בפני הקפאת נוזל כאשר בשלב מוצק נוצר כתוצאה של ירידה בטמפרטורה. לחץ משפיע גם על הרכוש הפיזי הזה, אם כי השפעותיו נמוכות יותר בנוזלים עם לחצי אדי נמוכים.

אינדקס

• 1 מהי נקודת הקיפאון??
  • 1.1 הקפאה לעומת מסיסות
• כיצד לחשב את זה?
  • 2.1 משוואת טיפת טמפרטורה
• 3 דוגמאות
  • 3.1 מים
  • 3.2 אלכוהול
  • 3.3 חלב
  • 3.4 מרקורי
  • 3.5 בנזין
• 4 הפניות

מהי נקודת הקיפאון??

כאשר הטמפרטורה יורדת, האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות יורדת, ולכן הן מאטות מעט. ככל שהם הולכים לאט יותר בנוזל, מגיע לנקודה שבה הם אינטראקציה מספיק כדי ליצור סידור מסודר של המולקולה; זה מוצק הראשון, שממנו גבישים גדולים יגדל.

אם זה מוצק הראשון "מתנדנד" יותר מדי, אז זה יהיה צורך להוריד את הטמפרטורה עוד יותר עד המולקולות שלה להישאר שקטים מספיק. הטמפרטורה שבה מושגת זו תואמת את נקודת הקיפאון; משם, שיווי משקל מוצק נוזלי הוא הקים.

התרחיש הקודם קורה עבור חומרים טהורים; אבל מה אם הם לא?

במקרה זה, המולקולות של מוצק הראשון חייב לנהל את המולקולות הזרות. כתוצאה מכך, טומאה מוצק (או פתרון מוצק) נוצר, אשר צריך טמפרטורה נמוכה יותר מאשר נקודת הקפאה להיווצרותו.

אנחנו מדברים על ירידה נקודת הקפאה. כל עוד יש יותר מולקולות זרות, או יותר נכון לדבר, זיהומים, הנוזל יהיה להקפיא בטמפרטורות נמוכות יותר ויותר.

הקפאה לעומת מסיסות

בהתחשב בתערובת של שני תרכובות, A ו- B, כאשר הטמפרטורה יורדת, A קופא, בעוד B נשאר נוזלי.

התרחיש דומה למה שהוסבר. חלק A עדיין לא קפוא, ולכן הוא מומס ב B. האם שיווי משקל מסיסות דנו יותר אז של המעבר מוצק נוזלי??

שני התיאורים תקפים: מזרז או קופא מן B כאשר הטמפרטורה יורדת. כל A יזרז כאשר אין דבר שנותר ממנו מומס ב B; וזה כמו שאמר כי יהיה קפוא לחלוטין.

עם זאת, זה נוח יותר לטפל בתופעה מנקודת מבט של הקפאה. לכן, קופא קודם כי יש לו נקודת הקפאה נמוכה, בעוד B צריך טמפרטורות קרות יותר.

עם זאת, למעשה את "הקרח של A" מורכב מוצק כי יש הרכב עשיר יותר מאשר של B; אבל גם ב'. הסיבה לכך היא כי A + B הוא תערובת הומוגנית, ולכן, חלק ההומוגניות זה מועבר מוצק קפוא.

כיצד לחשב את זה?

איך אתה יכול לחזות או לחשב את נקודת הקפאה של חומר? יש חישובים פיסיקוכימיים המאפשרים לקבל ערך משוער של נקודה זו תחת לחצים אחרים (שונים 1atm, את הלחץ הסביבה).

עם זאת, אלה לזרום לתוך אנתלפיה היתוך (Δ_פוס); שכן, היתוך הוא התהליך בכיוון ההפוך של הקפאה.

בנוסף, קל יותר לקבוע את נקודת ההיתוך של חומר או תערובת מאשר נקודת הקפאה שלה; למרות שהם עשויים להיראות אותו דבר, הם מראים הבדלים מסוימים.

כפי שצוין בסעיף הקודם: ככל ריכוז של זיהומים, כן ירידה גדולה יותר של נקודת הקפאה. זה יכול להיות גם אמר את הדרך הבאה: קטן יותר את החלקיק X של מוצק בתערובת, זה יהיה להקפיא בטמפרטורה נמוכה יותר.

משוואת ירידה בטמפרטורה

המשוואה הבאה מבטאת ומסכמת את כל שנאמר:

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

איפה R הוא גז אידיאלי אידיאלי, שיש לו כמעט אוניברסלי להשתמש. Tº היא נקודת הקפאה הרגילה (בלחץ הסביבה), ו- T היא הטמפרטורה שבה מוצק יקפא בחלק X טוחנת.

מתוך משוואה זו, ולאחר סדרה של פישוטים, אנו מקבלים את הדברים הבאים, הידועים יותר:

ΔTc = K_Fm (2)

איפה m הוא molality של מומס או טומאה, ו K_F הוא קבוע cryoscopic של הממס או מרכיב נוזלי.

דוגמאות

להלן תיאור קצר של הקפאת כמה חומרים.

מים

המים קופאים סביב 0 מעלות צלזיוס. עם זאת, ערך זה עשוי לקטון אם הוא מכיל מומס מומס בו; לומר, מלח או סוכר.

בהתאם לכמות המומס המומס, יש לה m- molalities שונים; וכאשר מגדילים את מ ', מקטין את X, שערכו ניתן להחליף במשוואה (1) ולכן ברור T.

לדוגמה, אם אתה שם כוס מים במקפיא, ואחד עם מים ממותקים (או כל משקה מבוסס מים), כוס מים יקפיא תחילה. הסיבה לכך היא גבישים שלהם טופס מהר יותר ללא הפרעה של מולקולות גלוקוז, יונים, או מינים אחרים.

אותו הדבר יקרה אם ישקפו כוס מי ים במקפיא. עכשיו, הזכוכית עם מי ים עשויה או לא לקפוא הראשון מאשר כוס עם מים ממותקים; ההבדל יהיה תלוי בכמות המומס ולא את טבעו הכימי.

מסיבה זו הירידה ב Tc (טמפרטורת הקפאה) היא תכונה קולגטיבית.

אלכוהול

אלכוהולים קופאים בטמפרטורות קרות יותר מאשר מים נוזליים. לדוגמה, אתנול קופא סביב -114 ° C. אם הוא מעורבב עם מים ומרכיבים אחרים, תהיה עלייה בנקודת הקפאה.

למה? בגלל מים, חומר נוזלי ו miscible עם אלכוהול, קופא בטמפרטורה גבוהה בהרבה (0 מעלות צלזיוס).

חוזרים למקרר עם המשקפיים עם מים, אם הפעם אתה מזין אחד עם משקה אלכוהולי, זה יהיה האחרון להקפיא. ככל שכיתה אתיל, המקפיא צריך לקרר אותו עוד יותר להקפיא את המשקה. מסיבה זו משקאות כמו טקילה קשה יותר להקפיא.

חלב

חלב הוא חומר על בסיס מים, שבו שומן מפוזר יחד עם פוספטים לקטוז וסידן, בנוסף ליפופרוטאינים אחרים.

רכיבים אלה מסיסים יותר במים הם אלה הקובעים כמה ישתנה נקודת הקפאה שלה עם הרכב.

בממוצע, החלב מוקפא בטמפרטורה של -0.54 מעלות צלזיוס, אך נע בין -0.50 ל -0.56 בהתאם לאחוז המים. אז, אתה יכול לדעת אם החלב כבר מהול. וכפי שאתם יכולים לראות, כוס חלב תקפא כמעט באופן שווה עם כוס המים.

לא כל חלב קופא באותה טמפרטורה, כי ההרכב שלו תלוי גם מקור החי שלה.

מרקורי

מרקורי הוא המתכת היחידה שנמצאת במצב נוזלי בטמפרטורת החדר. כדי להקפיא אותו, יש צורך להוריד את הטמפרטורה ל -38.83 מעלות צלזיוס; והפעם תוכלו למנוע את הרעיון של שפכו אותו לתוך כוס לשים אותו במקפיא, כפי שהוא עלול להוביל לתאונות איומות.

שים לב כספית קופא לפני אלכוהול. זה יכול להיות בשל העובדה כי כספית כספית רוטט פחות כי זה מורכב אטומים מקושרים על ידי קשרים מתכת; בעוד באתנול, הם מולקולות CH₃CH₂OH אור יחסית כי יש להתאים לאט.

בנזין

מכל הדוגמאות נקודת הקפאה, בנזין הוא המורכב ביותר. כמו חלב, זה תערובת; אבל הבסיס שלה אינו מים, אלא קבוצה של פחמימנים שונים, כל אחד עם מאפיינים מבניים משלו. חלק מהמולקולות הקטנות, וחלקן גדולות.

פחמימנים אלה עם לחצי אדי נמוכים יותר יקפאו תחילה; בעוד אחרים יישארו נוזליים, גם אם כוס של דלק מוקף חנקן נוזלי. זה לא יהיה כראוי טופס "גז בנזין", אבל ג'ל עם גוונים צהוב ירוק.

כדי להקפיא לחלוטין דלק, זה עשוי להיות נחוץ כדי לקרר את הטמפרטורה ל -200 C. בטמפרטורה זו סביר להניח כי בנזין ייווצר, כי כל הרכיבים של התערובת יהיה קפוא; כלומר, לא יהיה עוד שלב נוזלי שיווי משקל עם מוצק.

הפניות

1. המחלקה לפיסיקה, אוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין. (2018). Q & A: הקפאת בנזין. מקור: van.physics.illinois.edu
2. אירה נ 'לוין. (2014). עקרונות הפיסיקוכימיה. (מהדורה ששית). מק גרב היל.
3. גלססטון. (1970). אמנת פיסיקוכימיה. Aguilar S. A. De Ediciones, חואן בראבו, 38, מדריד (ספרד).
4. וולטר מור מור. (1962). כימיה פיסיקלית (מהדורה רביעית). לונגמאנס.
5. Sibagropribor (2015). קביעת נקודת הקפאה של חלב. מקור: sibagropribor.ru