De Frysepunktet er temperaturen der et stoff opplever en flytende-fast overgangsvekt. Når vi snakker om et stoff, kan det være en forbindelse, et rent element eller en blanding. Teoretisk sett fryser all materie når temperaturen synker til absolutt null (0K).
Imidlertid er det ikke nødvendig med ekstreme temperaturer for å observere frysing av væsker. Isberg er et av de mest åpenbare eksemplene på frosne vannmasser. Likeledes kan fenomenet overvåkes i sanntid ved bruk av flytende nitrogenbad eller ved bruk av en enkel fryser..
Hva er forskjellen mellom frysing og størkning? At den første prosessen er avhengig av temperaturen, av væskens renhet og er en termodynamisk likevekt; mens det andre er mer relatert til endringer i den kjemiske sammensetningen av stoffet som stivner, selv uten å være helt flytende (en pasta).
Derfor er en fryse en størkning; men det motsatte er ikke alltid sant. Videre, for å forkaste begrepet størkning, må det være en flytende fase i likevekt med det faste stoffet av samme substans; isfjell gjør dette: de flyter på flytende vann.
Dermed står man overfor frysing av en væske når en fast fase dannes som en konsekvens av en reduksjon i temperaturen. Trykk påvirker også denne fysiske egenskapen, selv om effekten er mindre i væsker med lavt damptrykk..
Artikkelindeks
Når temperaturen synker, reduseres den gjennomsnittlige kinetiske energien til molekylene, og derfor reduserer de litt. Når du går langsommere i væsken, kommer det et punkt der de samhandler nok til å danne et ordnet arrangement av molekylet; dette er det første faste stoffet, hvorfra større krystaller vil vokse.
Hvis dette første faste stoffet "vakler" for mye, vil det være nødvendig å senke temperaturen ytterligere til molekylene forblir stille nok. Temperaturen der dette oppnås tilsvarer frysepunktet; derfra etableres den flytende-faste likevekten.
Ovenstående scenario skjer for rene stoffer; men hva om de ikke er det?
I så fall må molekylene til det første faste stoffet greie å innlemme de fremmede molekylene. Som et resultat dannes et urent fast stoff (eller fast oppløsning) som krever en temperatur lavere enn frysepunktet for dannelsen..
Det blir da snakket om frysepunktfall. Siden det er flere fremmede molekyler, eller mer korrekt, urenheter, vil væsken fryse ved lavere og lavere temperaturer..
Gitt en blanding av to forbindelser, A og B, når temperaturen synker, fryser A, mens B forblir flytende.
Scenariet ligner på det som nettopp er forklart. En del av A har ennå ikke frosset, og er derfor oppløst i B. Er det da et spørsmål om løselighetsvekt i stedet for en væske-fast overgang?
Begge beskrivelsene er gyldige: A faller ut eller fryser, skiller seg fra B når temperaturen synker. Alle A vil ha falt når det ikke lenger er noe av det oppløst i B; som er det samme som å si at A vil ha frosset helt.
Imidlertid er det mer praktisk å behandle fenomenet fra frysepunktet. Dermed fryser A først fordi den har et lavere frysepunkt, mens B vil trenge kaldere temperaturer..
Imidlertid består "isen av A" faktisk av et fast stoff som har en rikere sammensetning av A enn B; men B er der også. Dette er fordi A + B er en homogen blanding, og derfor overføres en del av denne homogeniteten til det frosne faste stoffet..
Hvordan kan du forutsi eller beregne et stoffs frysepunkt? Det er fysisk-kjemiske beregninger som gjør det mulig å oppnå en omtrentlig verdi av dette punktet under andre trykk (annet enn 1 atm, omgivelsestrykket).
Imidlertid fører disse til entalpi av fusjon (ΔFus); siden fusjon er prosessen i motsatt retning av frysing.
Videre er det eksperimentelt lettere å bestemme smeltepunktet til et stoff eller en blanding enn dets frysepunkt; Selv om de kan virke like, viser de visse forskjeller.
Som nevnt i forrige avsnitt: jo høyere konsentrasjon av urenheter, jo større fall i frysepunktet. Dette kan også sies som følger: jo lavere molfraksjonen X av det faste stoffet i blandingen, desto lavere temperatur vil den fryse..
Følgende ligning uttrykker og oppsummerer alt som er blitt sagt:
LnX = - (ΔFus/ R) (1 / T - 1 / Tº) (1)
Hvor R er den ideelle gasskonstanten, som har nesten universell bruk. Tº er det normale frysepunktet (ved omgivelsestrykk), og T er temperaturen der faststoffet vil fryse til en molfraksjon X.
Fra denne ligningen, og etter en rekke forenklinger, oppnås følgende, bedre kjent:
ΔTc = KFm (2)
Hvor m er molaliteten til oppløst stoff eller urenhet, og KF er den kryoskopiske konstanten av løsningsmidlet eller den flytende komponenten.
En kort beskrivelse av frysing av noen stoffer vil bli gitt nedenfor.
Vannet fryser rundt 0ºC. Imidlertid kan denne verdien reduseres hvis den inneholder et løsemiddel oppløst i den; si salt eller sukker.
Avhengig av mengden oppløst løsemiddel, er det forskjellige molaliteter m; og når m øker, synker X, hvis verdi kan erstattes i ligning (1) og dermed løse T.
Hvis du for eksempel legger et glass vann i en fryser, og et annet med søtet vann (eller en hvilken som helst vannbasert drikke), vil glasset med vann fryse først. Dette skyldes at krystallene dannes raskere uten forstyrrelse av glukosemolekyler, ioner eller andre arter..
Det samme vil skje hvis du legger et glass sjøvann i fryseren. Nå kan glasset med sjøvann fryses eller ikke først enn glasset med søtet vann; forskjellen vil avhenge av mengden løsemiddel og ikke av kjemisk natur.
Det er av denne grunn at reduksjonen i Tc (frysetemperatur) er en kolligativ egenskap.
Alkoholer fryser ved kaldere temperaturer enn flytende vann. For eksempel fryser etanol rundt -114 ° C. Blandes det med vann og andre ingredienser, vil det være en økning i frysepunktet..
Hvorfor? Fordi vann, et flytende stoff blandbart med alkohol, fryser ved en mye høyere temperatur (0 ºC).
Å gå tilbake til kjøleskapet med glassene med vann, hvis denne gangen en med en alkoholholdig drikke introduseres, vil dette være den siste som fryser. Jo høyere etylgrad, fryseren må avkjøle den ytterligere for å fryse drikken. Det er av denne grunn at drinker som tequila er vanskeligere å fryse..
Melk er et vannbasert stoff der fett dispergeres sammen med laktose og kalsiumfosfater, i tillegg til andre lipoproteiner..
Komponentene som er mer oppløselige i vann er de som bestemmer hvor mye frysepunktet vil variere med sammensetningen..
I gjennomsnitt fryser melk ved en temperatur rundt -0,54 ° C, men den varierer mellom -0,50 og -0,56, avhengig av vannprosenten. Dermed er det mulig å vite om melken er forfalsket. Og som du kan se, vil et glass melk fryse nesten på nivå med et glass vann..
Ikke all melk fryser ved samme temperatur, da sammensetningen også avhenger av dyrekilden.
Kvikksølv er det eneste metallet som er i flytende form ved romtemperatur. For å fryse det er det nødvendig å senke temperaturen til -38,83 ° C; og denne gangen vil ideen om å helle det i et glass og legge det i en fryser unngås, da det kan føre til forferdelige ulykker.
Merk at kvikksølv fryser før alkohol. Dette kan skyldes at kvikksølvkrystallet vibrerer mindre ettersom det består av atomer koblet av metallbindinger; mens det i etanol er molekyler av CH3CHtoRelativt lett OH som må sette seg sakte.
Av alle eksemplene på frysepunktet er bensin det mest komplekse. Som melk er det en blanding; men basen er ikke vann, men en gruppe forskjellige hydrokarboner, hver med sine egne strukturelle egenskaper. Noen små molekyler, og noen store.
Disse hydrokarboner med lavere damptrykk fryser først; mens de andre vil forbli i flytende tilstand, selv om et glass bensin er omgitt av flytende nitrogen. Det vil ikke danne en “bensinis”, men en gel med gulgrønne fargetoner.
For å fryse bensin helt, kan det være nødvendig å kjøle ned temperaturen til -200 ° C. Ved denne temperaturen er det sannsynlig at det vil dannes bensin, siden alle komponentene i blandingen vil ha frosset. det vil si at det ikke lenger vil være en væskefase i likevekt med et fast stoff.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.