Frysning i vad det består av, hur man beräknar det och exempel

den fryspunkt är den temperatur vid vilken ett ämne genomgår en flytande-fast övergångs-jämvikt. När man talar om substans kan detta vara en förening, rent element eller en blandning. Teoretiskt fryser allt ämne när temperaturen minskar till absolut noll (0K).

Extrema temperaturer är emellertid inte nödvändiga för att observera frysning av vätskor. Isberg är ett av de mest uppenbara exemplen på frusna vattenkroppar. Fenomenet kan också följas i realtid genom flytande kvävebad eller med en enkel frys.

Vad är skillnaden mellan frysning och stelning? Att den första processen är högt beroende av temperaturen, på vätskans renhet och är en termodynamisk jämvikt; medan den andra är mer relaterad till förändringar i ämnets kemiska sammansättning som stelnar, även utan att vara helt flytande (en pasta).

Därför är en frysning en stelning; men motsatsen är inte alltid sant. Vidare, för att kassera termen stelning måste det finnas en vätskefas i jämvikt med fastämnet av samma substans; isbågen följer detta: de flyter på flytande vatten.

Sålunda står en mot vätskan av en vätska när en fast fas bildas som en följd av en temperaturnedgång. Tryck påverkar också denna fysiska egenskap, även om dess effekter är lägre i vätskor med låga ångtryck.

index

• 1 Vad är fryspunkten??
  • 1.1 Frysning mot löslighet
• 2 Hur man beräknar det?
  • 2.1 Temperaturfallets ekvation
• 3 exempel
  • 3.1 Vatten
  • 3.2 Alkohol
  • 3,3 mjölk
  • 3,4 kvicksilver
  • 3,5 bensin
• 4 referenser

Vad är fryspunkten??

När temperaturen sjunker minskar molekylernas genomsnittliga kinetiska energi, och därför saktar de lite ner. När de går långsammare i vätskan kommer en punkt där de interagerar tillräckligt för att bilda ett ordnat arrangemang av molekylen; Detta är den första fasta, från vilken större kristaller kommer att växa.

Om denna första fasta "wobbles" för mycket, då kommer det att vara nödvändigt att sänka temperaturen ytterligare tills dess molekyler förblir tillräckligt tyst. Temperaturen vid vilken detta uppnås motsvarar fryspunkten; därifrån etableras den flytande fasta jämvikten.

Det föregående scenariot händer för rena ämnen; men vad om de inte är det?

I det fallet måste molekylerna i det första fasta materialet klara sig att införliva de främmande molekylerna. Som resultat bildas en oren fast substans (eller fast lösning), som behöver en lägre temperatur än fryspunkten för dess bildning.

Vi pratar om Fryspunktsfall. Så länge som det finns fler främmande molekyler, eller mer korrekt, orenheter, kommer vätskan att frysa vid alltmer lägre temperaturer.

Frysning mot löslighet

Med tanke på en blandning av två föreningar, A och B, fryser A, när temperaturen sjunker, medan B förblir flytande.

Scenariot liknar det som bara förklarades. En del av A har ännu inte frysts och löses därför i B. Diskuteras löslighetsjämvikten mer än den för en flytande fast substansövergång??

Båda beskrivningarna är giltiga: A fäller eller fryser från B när temperaturen sjunker. Alla A kommer att ha utfällt när det inte finns något kvar av det upplöst i B; vilket är detsamma som att A kommer att ha frusit helt.

Det är emellertid mer praktiskt att behandla fenomenet ur fryspunktens synvinkel. Så fryser A först eftersom det har en lägre fryspunkt, medan B kommer att behöva kallare temperaturer.

Egentligen består "isen av A" av ett fast ämne som har en rikare sammansättning av A än av B; men B är också där. Detta beror på att A + B är en homogen blandning, och därför överförs en del av denna homogenitet till det frusna fastämnet.

Hur man beräknar det?

Hur kan du förutse eller beräkna fryspunkten för ett ämne? Det finns fysikalisk-kemiska beräkningar som tillåter att få ett approximativt värde av nämnda punkt under andra tryck (skiljer sig från 1atm, omgivande tryck).

Dessa strömmar emellertid i fusionsenthalpi (A_FUS); eftersom fusionen är processen i motsatt riktning av frysningen.

Dessutom är det experimentellt lättare att bestämma smältpunkten för ett ämne eller en blandning än dess fryspunkt. Även om de kan verka lika, visar de vissa skillnader.

Som nämnts i föregående avsnitt: ju högre koncentrationen av föroreningar desto större är droppen i fryspunkten. Detta kan också sägas på följande sätt: ju mindre molarfraktionen X av fastämnet i blandningen kommer det att frysa vid en lägre temperatur.

Temperaturfallets ekvation

Följande ekvation uttrycker och sammanfattar allt som har sagts:

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

Där R är den ideala gaskonstanten, som har en nästan universell användning. Tº är den normala fryspunkten (vid omgivande tryck) och T är den temperatur vid vilken fastämnet fryser vid en molär fraktion X.

Från denna ekvation, och efter en serie förenklingar, får vi följande, bättre kända:

ΔTc = K_Fm (2)

Där m är molten av lösningen eller orenheten, och K_F är den kryoskopiska konstanten hos lösningsmedlet eller vätskekomponenten.

exempel

Nedan följer en kort beskrivning av frysning av vissa ämnen.

vatten

Vattnet fryser runt 0 ° C. Detta värde kan dock minska om det innehåller ett lösta upplöst i det. att säga, salt eller socker.

Beroende på mängden upplöst lösta har det olika m-molaliteter; och när man ökar m, minskar X, vars värde kan ersättas i ekvation (1) och därmed rensa T.

Om du till exempel lägger ett glas vatten i en frys och en annan med sötat vatten (eller någon vattenbaserad dryck) fryser glaset av vatten först. Detta beror på att deras kristaller bildar snabbare utan störningar av glukosmolekyler, joner eller andra arter.

Detsamma skulle hända om ett glas havsvatten sattes i frysen. Nu kan glaset med havsvatten frostfritt förstärka glaset med sötat vatten; skillnaden beror på mängden lösta ämnen och inte dess kemiska natur.

Det är av denna anledning att minskningen i Tc (frysningstemperatur) är en kolligativ egenskap.

alkohol

Alkoholer fryser vid kallare temperatur än flytande vatten. Till exempel fryser etanol runt -114 ° C. Om det blandas med vatten och andra ingredienser kommer det att finnas en ökning i fryspunkten.

Varför? Eftersom vatten, flytande ämne och blandbar med alkohol fryser vid en mycket högre temperatur (0 ° C).

Återgår till kylskåpet med glasögonen med vatten, om den här gången du kommer in med en alkoholhaltig dryck blir det sist att frysa. Ju högre etylkvaliteten, frysen ska kyla den ytterligare för att frysa drycken. Det är av den anledningen att drycker som tequila är svårare att frysa.

mjölk

Mjölk är en vattenbaserad substans, där fett är dispergerat tillsammans med laktos och kalciumfosfater, förutom andra lipoproteiner.

De komponenter som är mer lösliga i vatten är de som bestämmer hur mycket som kommer att variera sin fryspunkt med kompositionen.

I genomsnitt fryser mjölken vid en temperatur kring -0,54ºC, men varierar mellan -0,50 och -0,56 beroende på procentandelen vatten. Så, du kan veta om mjölken har blivit äktenskapsbrott. Och som du kan se kommer ett glas mjölk att frysa nästan i nivå med glaset med vatten.

Inte all mjölk fryser vid samma temperatur, eftersom dess sammansättning också beror på dess djurkälla.

kvicksilver

Kvicksilver är den enda metallen som är i flytande form vid rumstemperatur. För att frysa det är det nödvändigt att sänka temperaturen till -38.83ºC; och den här gången kommer du att undvika tanken att hälla den i ett glas och sätta den i en frys, eftersom det kan leda till fruktansvärda olyckor.

Observera att kvicksilver fryser före alkohol. Detta kan bero på att kvicksilverkristalen vibrerar mindre eftersom den består av atomer som är kopplade till metallbindningar. medan de i etanol är CH-molekyler₃CH₂OH relativt lätt som måste hysas långsamt.

bensin

Av alla exempel på fryspunkten är bensin det mest komplexa. Liksom mjölk är det en blandning; men basen är inte vatten, utan en grupp av flera kolväten, vilka alla har sina strukturella egenskaper. Några små molekyler och andra stora.

Dessa kolväten med lägre ångtryck fryser först; medan de andra kommer att förbli flytande, även om ett glas bensin omges av flytande kväve. Det kommer inte att bilda en "bensin is" utan en gel med gulgrön toner.

För att frysa bensin fullständigt kan det vara nödvändigt att kyla temperaturen till -200ºC. Vid denna temperatur är det troligt att bensin kommer att bildas, eftersom alla komponenter i blandningen kommer att ha fryst; det vill säga det kommer inte längre att finnas en vätskefas i jämvikt med ett fastämne.

referenser

1. Institutionen för fysik, University of Illinois i Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Bensin frysning. Hämtad från: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Principer för fysikalisk kemi. (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fördraget om fysikekemi. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanien).
4. Walter J. Moore. (1962). Fysisk kemi (Fjärde upplagan). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Bestämning av fryspunkten för mjölk. Hämtad från: sibagropribor.ru