Titik beku dalam apa yang ia ada, bagaimana untuk mengira dan contohnya

The titik pembekuan adalah suhu di mana bahan mengalami keseimbangan peralihan cecair pepejal. Apabila bercakap tentang bahan, ini boleh menjadi sebatian, elemen tulen atau campuran. Secara teorinya, semua perkara membeku kerana suhu berkurangan kepada sifar mutlak (0K).

Walau bagaimanapun, suhu yang melampau tidak perlu untuk memerhatikan pembekuan cecair. Icebergs adalah salah satu contoh yang paling jelas dari badan air beku. Juga, fenomena ini boleh diikuti dalam masa nyata oleh mandian nitrogen cecair, atau menggunakan pembeku mudah.

Apakah perbezaan antara pembekuan dan pemejalan? Bahawa proses pertama sangat bergantung kepada suhu, pada kesucian cairan, dan merupakan keseimbangan termodinamika; manakala yang kedua, lebih berkaitan dengan perubahan dalam komposisi kimia bahan yang menguatkan, walaupun tanpa sepenuhnya cecair (pes).

Oleh itu, pembekuan adalah pemejalan; tetapi sebaliknya tidak selalu benar. Selain itu, untuk membuang pemejalan istilah, mesti ada fasa cair dalam keseimbangan dengan pepejal bahan yang sama; ais tebal mematuhi ini: mereka terapung di air cair.

Oleh itu, seseorang menghadapi pembekuan cecair apabila fasa pepejal terbentuk sebagai akibat penurunan suhu. Tekanan juga mempengaruhi harta fizikal ini, walaupun kesannya lebih rendah dalam cecair dengan tekanan wap rendah.

Indeks

• 1 Apakah titik pembekuan??
  • 1.1 Pembekuan berbanding kelarutan
• 2 Bagaimana untuk mengiranya?
  • 2.1 Persamaan jatuh suhu
• 3 Contoh
  • 3.1 Air
  • 3.2 Alkohol
  • 3.3 Susu
  • 3.4 Mercury
  • 3.5 Petrol
• 4 Rujukan

Apakah titik pembekuan??

Apabila suhu jatuh, purata tenaga kinetik molekul berkurang, dan oleh itu, ia perlahan sedikit. Apabila mereka pergi lebih perlahan dalam cecair, terdapat satu titik di mana mereka berinteraksi dengan cukup untuk membentuk susunan molekul yang dipesan; ini adalah pepejal pertama, dari mana kristal yang lebih besar akan berkembang.

Jika pepejal pertama ini "goyah" terlalu banyak, maka ia perlu untuk menurunkan suhu lebih jauh sehingga molekul-molekulnya tetap cukup tenang. Suhu di mana ia dicapai sepadan dengan titik pembekuan; dari situ, keseimbangan cecair-pepejal terbentuk.

Senario sebelumnya berlaku untuk bahan-bahan tulen; tetapi bagaimana jika mereka tidak?

Dalam hal ini, molekul pepejal pertama mesti menggabungkan molekul asing. Hasilnya, pepejal yang tidak kukuh (atau penyelesaian pepejal) dibentuk, yang memerlukan suhu yang lebih rendah daripada titik pembekuan untuk pembentukannya.

Kami bercakap tentang Titik penurunan beku. Selagi terdapat lebih banyak molekul asing, atau lebih tepat bercakap, kekotoran, cecair akan membeku pada suhu yang semakin rendah.

Pembekuan berbanding kelarutan

Memandangkan campuran dua sebatian, A dan B, apabila suhu jatuh, A membeku, sementara B kekal cair.

Senario ini sama dengan apa yang telah dijelaskan. Sebahagian daripada A belum beku, dan oleh itu dibubarkan dalam B. Adakah keseimbangan kelarutan dibahas lebih banyak daripada peralihan cair-pepejal??

Kedua-dua huraian itu sah: A precipitates atau membekukan jauh dari B apabila suhu jatuh. Semua A akan dicetuskan apabila tiada apa-apa lagi dibubarkan di B; yang sama dengan mengatakan bahawa A akan beku sepenuhnya.

Walau bagaimanapun, lebih mudah untuk merawat fenomena ini dari sudut pandangan pembekuan. Oleh itu, A membeku terlebih dahulu kerana ia mempunyai titik beku yang lebih rendah, sementara B memerlukan suhu yang lebih sejuk.

Walau bagaimanapun, sebenarnya "ais A" terdiri daripada pepejal yang mempunyai komposisi lebih kaya A daripada B; tetapi B ada juga. Ini kerana A + B adalah campuran homogen, dan oleh itu, sebahagian daripada homogeniti itu dipindahkan ke pepejal beku.

Bagaimana untuk mengiranya?

Bagaimanakah anda boleh meramal atau mengira titik pembekuan bahan? Terdapat pengiraan fizikokimia yang membolehkan untuk mendapatkan nilai anggaran titik tersebut di bawah tekanan lain (berbeza dengan 1atm, tekanan ambien).

Walau bagaimanapun, aliran ini menjadi entalpi gabungan (Δ_Fus); sejak itu, perpaduan adalah proses ke arah yang bertentangan dengan pembekuan.

Di samping itu, ia adalah lebih mudah untuk menguji titik lebur bahan atau campuran daripada titik pembekuan; Walaupun mereka mungkin kelihatan sama, mereka menunjukkan perbezaan tertentu.

Seperti yang disebutkan dalam bahagian sebelumnya: semakin tinggi kepekatan kekotoran, semakin besar penurunan titik beku. Ini juga boleh dikatakan dengan cara yang berikut: lebih kecil pecahan molar X pepejal dalam campuran, ia akan membekukan pada suhu yang lebih rendah.

Persamaan drop suhu

Persamaan berikut menyatakan dan meringkaskan semua yang telah dikatakan:

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

Di mana R adalah pemalar gas yang ideal, yang mempunyai penggunaan yang hampir universal. T º adalah titik beku biasa (pada tekanan ambien), dan T adalah suhu di mana pepejal akan membekukan pada pecahan molar X.

Dari persamaan ini, dan selepas satu siri penyederhanaan, kami mendapat yang berikut, yang lebih dikenali:

ΔTc = K_Fm (2)

Di mana m ialah molality dari larut atau kekotoran, dan K_F adalah pemalar cryoscopic komponen pelarut atau cecair.

Contohnya

Berikut adalah penerangan ringkas pembekuan beberapa bahan.

Air

Air membeku sekitar 0ºC. Walau bagaimanapun, nilai ini mungkin berkurang jika ia mengandungi larut terlarut di dalamnya; untuk mengatakan, garam atau gula.

Bergantung pada jumlah larut terlarut, ia mempunyai m-molalities yang berbeza; dan apabila meningkat m, berkurangan X, yang nilainya boleh digantikan dalam persamaan (1) dan dengan itu jelas T.

Sebagai contoh, jika anda meletakkan segelas air dalam peti sejuk, dan yang lain dengan air manis (atau mana-mana minuman berasaskan air), kaca air akan membekukan terlebih dahulu. Ini kerana kristal mereka membentuk lebih cepat tanpa gangguan molekul glukosa, ion, atau spesies lain.

Perkara yang sama berlaku jika segelas air laut dimasukkan ke dalam peti sejuk. Sekarang, kaca dengan air laut mungkin atau tidak boleh membekukan lebih awal daripada kaca dengan air manis; perbezaannya bergantung kepada jumlah larut dan bukan sifat kimianya.

Oleh sebab itu, pengurangan suhu Tc (suhu beku) adalah harta benda.

Alkohol

Alkohol membeku pada suhu yang lebih sejuk daripada air cair. Contohnya, etanol membeku sekitar -114 ° C Jika ia bercampur dengan air dan bahan-bahan lain, akan ada peningkatan dalam titik beku.

Mengapa? Kerana air, bahan cair dan terlarut dengan alkohol, membeku pada suhu yang lebih tinggi (0ºC).

Kembali ke peti sejuk dengan gelas dengan air, jika kali ini anda memasuki satu dengan minuman beralkohol, ini akan menjadi yang terakhir untuk membekukan. Semakin tinggi gred etil, beku perlu menyejukkannya lagi untuk membekukan minuman. Sebab itulah minuman seperti tequila lebih sukar dibekukan.

Susu

Susu adalah bahan berasaskan air, di mana lemak disebar bersama dengan fosfat laktosa dan kalsium, sebagai tambahan kepada lipoprotein lain.

Komponen-komponen yang lebih larut dalam air adalah mereka yang menentukan berapa banyak akan mengubah titik beku dengan komposisi.

Secara purata, susu dibekukan pada suhu sekitar -0.54ºC, tetapi berkisar antara -0.50 dan -0.56 bergantung kepada peratusan air. Jadi, anda boleh tahu sama ada susu itu telah dicampurkan. Dan seperti yang anda lihat, segelas susu akan membekukan hampir setanding dengan segelas air.

Tidak semua susu membeku pada suhu yang sama, kerana komposisinya juga bergantung kepada sumber haiwannya.

Mercury

Merkuri adalah satu-satunya logam yang dalam bentuk cecair pada suhu bilik. Untuk membekukannya, perlu menurunkan suhu ke -38.83ºC; dan kali ini anda akan mengelakkan idea menuangkannya ke dalam gelas dan memasukkannya ke dalam peti sejuk, kerana ia boleh menyebabkan kemalangan yang dahsyat.

Perhatikan bahawa merkuri membeku sebelum alkohol. Ini mungkin disebabkan oleh sebab kristal merkuri bergetar kurang kerana ia terdiri daripada atom-atom yang dihubungkan oleh ikatan logam; manakala dalam etanol, mereka adalah molekul CH₃CH₂OH agak ringan yang mesti ditempatkan perlahan-lahan.

Petrol

Daripada semua contoh titik beku, petrol adalah yang paling kompleks. Seperti susu, ia adalah campuran; tetapi asasnya bukan air, tetapi sekumpulan beberapa hidrokarbon, masing-masing dengan ciri-ciri strukturnya sendiri. Beberapa molekul kecil, dan yang lain besar.

Mereka hidrokarbon dengan tekanan wap yang rendah akan membekukan terlebih dahulu; manakala yang lain akan kekal cair, walaupun segelas petrol dikelilingi oleh nitrogen cair. Ia tidak akan membentuk "ais petrol" dengan betul, tetapi gel dengan nada kuning-hijau.

Untuk membekukan gasolin sepenuhnya, mungkin perlu menyejukkan suhu ke -200ºC. Pada suhu ini, kemungkinan bahawa petrol akan terbentuk, kerana semua komponen campuran akan beku; iaitu, tidak akan ada lagi fasa cair dalam keseimbangan dengan pepejal.

Rujukan

1. Jabatan Fizik, Universiti Illinois di Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Pembekuan gasolin. Diperolehi daripada: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Prinsip fizikokimia. (Edisi keenam). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Perjanjian fizikokimia. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Sepanyol).
4. Walter J. Moore. (1962). Kimia fizikal (Edisi keempat). Longmans.
5. Sibagropribor (2015). Penentuan Titik Beku Susu. Diperolehi daripada: sibagropribor.ru