LEDIŠČE: KAKO GA IZRAČUNATI IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Točka ledišča je temperatura, pri kateri snov doživlja prehodno ravnovesje tekočina-trdnost. Ko gre za snov, je to lahko spojina, čisti element ali zmes. Teoretično vse snovi zamrznejo, ko temperatura pade na absolutno ničlo (0K).

Vendar pa ekstremne temperature niso potrebne za opazovanje zmrzovanja tekočin. Ledene države so eden najbolj očitnih primerov zamrznjenih vodnih teles. Prav tako lahko pojav spremljamo v realnem času s kopelmi s tekočim dušikom ali s preprostim zamrzovalnikom.

Vir: Pxhere

Kakšna je razlika med zamrzovanjem in strjevanjem? Da je prvi postopek zelo odvisen od temperature, čistosti tekočine in je termodinamično ravnovesje; medtem ko je drugo bolj povezano s spremembami kemične sestave snovi, ki se strdi, tudi ne da bi bila popolnoma tekoča (pasta).

Zato je zamrzovanje strjevanje; vendar obratno ni vedno res. Za izključitev izraza strjevanje mora biti tekoča faza, ki je v ravnovesju s trdnim materialom iste snovi; ledene gore to naredijo: plavajo na tekoči vodi.

Tako se človek sooča z zmrzovanjem tekočine, ko nastane trdna faza kot posledica znižanja temperature. Tlak vpliva tudi na to fizikalno lastnost, čeprav so njegovi učinki manjši v tekočinah z nizkim parnim tlakom.

Kaj je ledišče?

Ko temperatura pada, se povprečna kinetična energija molekul zmanjšuje, zato se nekoliko upočasnijo. Ko greš počasneje v tekočino, pride do točke, ko ti medsebojno delujejo, da tvorijo urejeno razporeditev molekul; to je prva trdna snov, iz katere bodo zrasli večji kristali.

Če ta prva trdna slinavka "prebrisa" preveč, bo treba še bolj znižati temperaturo, dokler njene molekule ostanejo še vedno dovolj. Temperatura, pri kateri se to doseže, ustreza ledišču; od tam se vzpostavi tekoče-trdno ravnovesje.

Prejšnji scenarij se pojavlja za čiste snovi; kaj pa če niso?

V tem primeru morajo molekule prve trdne snovi uspeti vključiti tuje molekule. Kot rezultat se tvori nečista trdna snov (ali trdna raztopina), ki za svojo tvorbo potrebuje temperaturo, nižjo od ledišča.

Nato govorimo o znižanju ledišča. Ker je več tujih molekul ali pravilneje rečeno nečistoč, bo tekočina zamrznila pri nižjih in nižjih temperaturah.

Zamrzovanje proti topnosti

Glede na zmes dveh spojin, A in B, ko temperatura pade, A zmrzne, medtem ko B ostane tekoč.

Scenarij je podoben tistemu, ki je bil pojasnjen. Del A še ni zamrznjen in je zato raztopljen v B. Ali gre potem za vprašanje topnostnega ravnotežja, ne pa za prehod tekočina-trdnost?

Oba opisa sta veljavna: A oborina ali zamrzne, pri čemer temperatura pade, ko temperatura pade. Vse A se bodo oborile, ko se v B ne raztopi več; kar je isto kot reči, da se bo A popolnoma zmrznil.

Vendar je primerneje obravnavati pojav s stališča zmrzovanja. Tako A najprej zmrzne, ker ima nižje ledišče, medtem ko B potrebuje hladnejše temperature.

Vendar "led A" dejansko sestavlja trdna snov, ki ima bogatejšo sestavo A kot B; ampak B je tudi tam. To je zato, ker je A + B homogena zmes, zato se del te homogenosti prenese na zmrznjeno trdno snov.

Kako izračunati?

Kako lahko napovedujete ali izračunate ledišče snovi? Obstajajo fizikalno-kemični izračuni, ki omogočajo pridobitev približne vrednosti te točke pod drugimi tlaki (razen 1atm, zunanjega tlaka).

Vendar te vodijo do entalpije fuzije (Δ _Fus ); ker je fuzija postopek v nasprotnem smislu zamrzovanja.

Poleg tega je eksperimentalno lažje določiti tališče snovi ali zmesi kot njeno ledišče; Čeprav se morda zdijo enaki, kažejo določene razlike.

Kot je bilo omenjeno v prejšnjem razdelku: večja kot je koncentracija nečistoč, večji je padec ledišča. To lahko rečemo tudi na naslednji način: čim manjši je molovni delež X trdne snovi v mešanici, nižja temperatura bo zmrznila.

Enačba znižanja temperature

Naslednja enačba izraža in povzema vse, kar je bilo rečeno:

LnX = - (Δ _Fus / R) (1 / T - 1 / Tº) (1)

Kjer je R konstantna plinska konstanta, ki ima skoraj univerzalno uporabo. Tº je normalna ledišče (pri zunanjem tlaku), T pa temperatura, pri kateri se trdno snov zmrzne do molskega deleža X.

Iz te enačbe in po vrsti poenostavitev dobimo naslednje, bolj znane:

ΔTc = K _F m (2)

Kadar je m molalnost topila ali nečistoče in K _F je krioskopska konstanta topila ali tekoče komponente.

Primeri

Spodaj bo kratek opis zamrzovanja nekaterih snovi.

Voda

Voda zmrzne okoli 0 ° C. Vendar se lahko ta vrednost zmanjša, če vsebuje v njej raztopljeno topilo; recimo sol ali sladkor.

Glede na količino raztopljene topne snovi obstajajo različni molaliteti m; in ko se m povečuje, se zmanjšuje X, katerega vrednost lahko nadomestimo v enačbi (1) in tako rešimo za T.

Če na primer postavite kozarec vode v zamrzovalnik, drugega pa s sladkano vodo (ali katero koli pijačo na vodni osnovi), bo kozarec vode najprej zmrznil. To je zato, ker se njegovi kristali tvorijo hitreje brez motenja molekul, ionov ali drugih vrst glukoze.

Enako bi se zgodilo, če bi v zamrzovalnik postavili kozarec morske vode. Zdaj lahko kozarec morske vode najprej ali ne zamrzne kot kozarec sladkane vode; razlika bo odvisna od količine topljene snovi in ne od njene kemijske narave .

Zaradi tega je znižanje Tc (temperatura zamrzovanja) koligativna lastnost.

Alkohol

Vir: Pixabay

Alkoholi zamrznejo pri hladnejših temperaturah kot tekoča voda. Na primer, etanol zamrzne okoli -114 ° C. Če mešamo z vodo in drugimi sestavinami, se bo ledišče povečalo.

Zakaj? Ker voda, tekoča snov, ki se meša z alkoholom, zamrzne pri precej višji temperaturi (0 ° C).

Vrnitev v hladilnik s kozarci vode, če tokrat vstavimo eno z alkoholno pijačo, bo ta zadnja zamrznila. Višji kot je etilni razred, zamrzovalnik ga bo moral dodatno ohladiti, da bo pijača zamrznila. Zaradi tega je pijače, kot je tekila, težje zamrzniti.

Mleko

Vir: Pixabay

Mleko je snov na vodni osnovi, v kateri se poleg drugih lipoproteinov dispergira maščoba skupaj z laktozo in kalcijevimi fosfati.

Tisti sestavni deli, ki so bolj topni v vodi, določajo, koliko se bo njeno ledišče spreminjalo glede na sestavo.

V povprečju mleko zamrzne pri temperaturi okoli -0,54 ° C, vendar se giblje med -0,50 in -0,56, odvisno od odstotka vode. Tako je mogoče vedeti, ali je bilo mleko ponarejeno. In kot vidite, se bo kozarec mleka skoraj enakomerno zamrznil s kozarcem vode.

Ne zamrzne vse mleko pri isti temperaturi, saj je njegova sestava odvisna tudi od živalskega vira.

Živo srebro

Živo srebro je edina kovina, ki je v tekoči obliki pri sobni temperaturi. Za zamrzovanje je potrebno znižati temperaturo na -38,83 ° C; In tokrat se bomo izognili ideji, da bi jo vlili v kozarec in jo dali v zamrzovalnik, saj bi lahko privedla do groznih nesreč.

Upoštevajte, da živo srebro zamrzne pred alkoholom. To je lahko posledica dejstva, da kristal živega srebra vibrira manj, saj je sestavljen iz atomov, povezanih s kovinskimi vezmi; ker v etanolu, so relativno lahka CH ₃ CH ₂ OH molekule , ki morajo biti nastanjeni počasi.

Bencin

Od vseh primerov ledišča je bencin najbolj zapleten. Tako kot mleko je tudi mešanica; vendar njegova osnova ni voda, temveč skupina različnih ogljikovodikov, vsak s svojimi strukturnimi značilnostmi. Nekaj ​​majhnih molekul in nekaj velikih.

Tisti ogljikovodiki z nižjim parnim tlakom bodo najprej zamrznili; medtem ko bodo ostali ostali v tekočem stanju, četudi je kozarec bencina obdan s tekočim dušikom. Ne bo pravilno oblikoval "bencinskega ledu", ampak gel z rumeno-zelenimi odtenki.

Za popolno zamrznitev bencina bo morda potrebno ohladiti temperaturo do -200 ° C. Pri tej temperaturi je verjetno, da bo nastal bencinski led, saj bodo vse sestavine mešanice zamrznjene; to pomeni, da ne bo več tekoče faze v ravnovesju s trdno snovjo.

Reference

1. Oddelek za fiziko Univerze v Illinoisu v Urbani-Champaign. (2018). Vprašanja in odgovori: Zamrzovanje bencina. Pridobljeno: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Načela fizikalne kemije. (Šesta izdaja). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fizikalno-kemijska pogodba. Aguilar SA de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Španija).
4. Walter J. Moore. (1962). Fizikalna kemija. (Četrta izdaja). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Določitev ledišča mleka. Pridobljeno od: sibagropribor.ru
6. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22. junij 2018). Ledišče alkohola. Pridobljeno: misel.com