Gefrierpunkt, wie man es berechnet und Beispiele

Er Gefrierpunkt Es ist die Temperatur, bei der eine Substanz einen flüssig-soliden Übergangsbilanz erfährt. Wenn Sie über Substanz sprechen, kann dies eine Verbindung, ein reines Element oder eine Mischung sein. Theoretisch werden alle Materie gefroren, wenn die Temperatur auf absolute Null abnimmt (0K).

Extreme Temperaturen sind jedoch nicht erforderlich, um das Einfrieren von Flüssigkeiten zu beobachten. Eisbergs sind eines der offensichtlichsten Beispiele für gefrorene Wassermassen. Außerdem kann das Phänomen in Echtzeit durch flüssige Stickstoffbäder oder mit einem einfachen Gefrierschrank überwacht werden.

Quelle: pxhere

Was ist der Unterschied zwischen Einfrieren und Verfestigung? Dass der erste Prozess stark von der Temperatur abhängt, von der Reinheit der Flüssigkeit und ein thermodynamisches Gleichgewicht; Während der zweite eher mit Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Substanz zusammenhängt, die sich verfestigt, auch ohne völlig flüssig zu sein (eine Paste).

Daher ist ein Einfrieren eine Verfestigung; Aber das Gegenteil ist nicht immer wahr. Um den Begriff Verfestigung auszuschließen, muss außerdem eine flüssige Phase des Gleichgewichts mit dem Feststoff derselben Substanz bestehen. Eisbergs entsprechen diesem: Sie schweben auf flüssigem Wasser.

Somit ist das Einfrieren einer Flüssigkeit vor dem Einfrieren einer festen Phase infolge einer Temperaturabnahme zugegangen. Der Druck beeinflusst auch diese physikalische Eigenschaft, obwohl seine Auswirkungen in Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck niedriger sind.

[TOC]

Was ist der Gefrierpunkt??

Wenn die Temperatur abfällt, nimmt die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle ab und verlangsamt sich daher etwas. Wenn sie in der Flüssigkeit langsamer werden, gibt es einen Punkt, an dem sie genug interagieren, um eine geordnete Molekülanordnung zu bilden. Dies ist der erste Feststoff, aus dem größere Kristalle wachsen werden.

Wenn dieser erste Feststoff zu viel "wackelt", muss die Temperatur weiter verringert werden, bis die Moleküle noch ausreichend bleiben. Die Temperatur, bei der dies dem Gefrierpunkt entspricht; Von dort aus wird ein flüssigem Gleichgewicht hergestellt.

Das vorherige Szenario erfolgt für reine Substanzen; Aber was ist, wenn sie nicht sind?

In diesem Fall müssen die Moleküle des ersten Feststoffs sie reparieren, um die Fremdmoleküle einzubeziehen. Infolgedessen wird eine unreine (oder feste Lösung) gebildet, die eine geringere Temperatur als die des Gefrierpunkts für seine Formation benötigt.

Es kann Ihnen dienen: Silbernitrat (AGNO3): Struktur, Eigenschaften, Verwendung, Toxizität

Es wird dann darüber gesprochen Gefrierpunkt sinken. Während es mehr fremde Moleküle oder korrekter Verunreinigungen gibt, wird die Flüssigkeit bei immer niedrigeren Temperaturen einfrieren.

Einfrieren gegen Löslichkeit

Bei einer Mischung aus zwei Verbindungen, A und B, wird sie gefriert, während B flüssig bleibt.

Das Szenario ähnelt dem neu erklärten. Ein Teil von a ist noch nicht eingefroren und ist daher in B gelöst. Ist das Löslichkeitsbilanz mehr als das eines überflüssigen Übergangsgesprächs?

Beide Beschreibungen sind gültig: A schließt sich aus oder ein Gefrierpunkt, das sich von B trennt, wenn die Temperatur abfällt. Alles wird ausgefällt, wenn nichts in B aufgelöst wird; Das ist dasselbe wie zu sagen, dass ein völlig gefrorener.

Es ist jedoch bequemer, das Phänomen aus Sicht des Einfrierens zu behandeln. Daher ist es frei, einen niedrigeren Gefrierpunkt zu haben, während B kältere Temperaturen benötigt.

Das "Eis von A" besteht jedoch wirklich aus einem Feststoff, der eine reichhaltigere Zusammensetzung von B hat. Aber B ist auch da. Dies liegt daran.

Wie man es berechnet?

Wie kann der Gefrierpunkt einer Substanz vorhergesagt oder berechnet werden?? Es gibt physikalisch -chemische Berechnungen, die einen ungefähren Wert des Punktes unter anderen Drücken (außer 1AATM, Umgebungsdruck) ermöglichen.

Sie fließen jedoch in die Fusionenthalpie (Δ_Fus); Da ist die Fusion der Prozess in der entgegengesetzten Richtung des Gefrierens.

Darüber hinaus ist es einfacher, den Schmelzpunkt einer Substanz oder Mischung zu bestimmen als der Gefrierpunkt. Obwohl sie gleich erscheinen mögen, zeigen sie bestimmte Unterschiede.

Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt: Je größer die Konzentration von Verunreinigungen ist, desto größer ist die Abnahme des Gefrierpunkts. Dies kann auch wie folgt gesagt werden: Je niedriger die Molfraktion x des Feststoffs in der Mischung ist, desto niedrigeren Temperatur einfrieren.

Temperaturabfallgleichung

Die folgende Gleichung drückt und fasst alles zusammen::

Lnx = -(Δ_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Wobei R die Konstante der idealen Gase ist, die einen fast universellen Gebrauch hat. Tº ist der normale Gefrierpunkt (bei Umgebungsdruck), und T ist die Temperatur, bei der der Feststoff zu einer Molfraktion x eingefroren wird.

Es kann Ihnen dienen: Chemische Verdunstung: Was besteht, Anwendungen und Beispiele

Aus dieser Gleichung und nach einer Reihe von Vereinfachungen wird Folgendes erhalten, besser bekannt:

Δtc = k_FM (2)

Wobei m die Molealität des gelösten Stoffes oder der Unreinheit und k ist_F Es ist die kryoskopische Konstante der Lösungsmittel- oder Flüssigkeitskomponente.

Beispiele

Eine kurze Beschreibung des Einfrierens einiger Substanzen wird unten angegeben.

Wasser

Wasser friert etwa 0 ° C ein. Dieser Wert kann jedoch verringern, wenn er einen darin gelösten gelösten gelösten gelösten Stoff enthält. Salz oder Zucker sagen.

Abhängig von der Menge des gelösten gelösten gelösten gelösten Stoffs gibt es unterschiedliche Moral m; Und durch Erhöhen m verringert X, deren Wert in Gleichung (1) ersetzt werden kann und damit ein klares T.

Wenn beispielsweise ein Glas mit Wasser in einen Gefrierschrank eingeführt wird und ein anderes mit süßem Wasser (oder einem Wasserbasis -Getränk), wird das Glas mit Wasser zuerst gefriert. Dies liegt daran, dass ihre Kristalle ohne die Störung von Glukosemolekülen, Ionen oder anderen Spezies schneller gebildet werden.

Das gleiche würde passieren, wenn ein Glas mit Meerwasser in den Gefrierschrank gesteckt würde. Jetzt kann das Glas mit Meerwasser zuerst einfrieren oder nicht als das Glas mit süßem Wasser; Die Differenz hängt von der Menge des gelösten Stoffes ab und nicht seine chemische Natur.

Aus diesem Grund ist die Abnahme der TC (Gefriertemperatur) eine koligative Eigenschaft.

Alkohol

Quelle: Pixabay

Alkohole frieren bei kälteren Temperaturen als flüssiges Wasser ein. Zum Beispiel friert Ethanol um -114ºC ein. Wenn mit Wasser und anderen Zutaten gemischt.

Weil? Weil Wasser, flüssiger Substanz und mit Alkohol mischbar, mit einer viel höheren Temperatur (0 ° C) gefriert.

Zurück mit Wasser zurück in den Kühlschrank zurückkehren, wenn diesmal mit einem alkoholischen Getränk eingeführt wird, ist dies der letzte, der einfrieren kann. Je größer der Ethylgrad ist, der Gefrierschrank muss es noch mehr abkühlen, um das Getränk zu frieren. Aus diesem Grund sind Getränke wie Tequila schwieriger zu frieren.

Milch

Quelle: Pixabay

Milch ist eine Wasserbasis -Substanz, in der Fett zusammen mit Lactose- und Calciumphosphaten zusätzlich zu anderen Lipoproteinen dispergiert wird.

Die löslichsten Komponenten im Wasser sind diejenigen, die bestimmen, wie sehr sich ihr Gefrierpunkt mit der Zusammensetzung variieren wird.

Kann Ihnen dienen: Oxidationsnummer: Konzept, wie man es herausholt und Beispiele

Im Durchschnitt friert Milch bei einer Temperatur um -0.54ºC, aber schwingt zwischen -0 schwingen.50 und -0.56 abhängig vom Prozentsatz von Wasser. So können Sie wissen, ob Milch verfälscht wurde. Und wie zu sehen ist, friert ein Glas mit Milch fast gleichzeitig mit dem Glas mit Wasser ein.

Nicht alle Milks frieren bei der gleichen Temperatur ein, da ihre Zusammensetzung auch von seiner tierischen Quelle abhängt.

Quecksilber

Quecksilber ist das einzige Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Um es einzufrieren, ist es notwendig, die Temperatur auf -38 zu verringern.83ºC; Und diesmal wird die Idee, es in ein Glas zu gießen.

Beachten Sie, dass Quecksilber vor Alkohol gefriert. Dies kann daran liegen, dass Quecksilberglas weniger vibriert, indem sie aus Metallverbindungen verbunden sind. In Ethanol sind sie Cho -Moleküle₃CH₂Oh relativ leicht, das langsam untergebracht werden muss.

Benzin

Von allen Beispielen des Gefrierpunkts ist das von Benzin der komplexeste. Wie Milch ist es eine Mischung; Aber seine Basis ist nicht Wasser, sondern eine Gruppe mehrerer Kohlenwasserstoffe, die jeweils ihre eigenen strukturellen Eigenschaften haben. Einige von kleinen Molekülen und andere große.

Diese Kohlenwasserstoffe mit niedrigeren Dampfdrucken werden zuerst gefriert. Während andere in einem flüssigen Zustand bleiben, auch wenn ein Glas Benzin von flüssigem Stickstoff umgeben ist. Ein "Benzineis" wird nicht richtig gebildet, sondern ein Gel mit gelbgrünen Tönen.

Um Benzin vollständig einzufrieren, muss möglicherweise die Temperatur bis zu -200 ° C abkühlen. Bei dieser Temperatur ist es wahrscheinlich, dass sich Benzineis bildet, da alle Komponenten der Mischung gefroren sind; Das heißt, es wird keine flüssige Phase im Gleichgewicht mit einem Feststoff geben.

Verweise

1. Abteilung für Physik, Universität Ilinois in Urbana-Champaign. (2018). Fragen und Antworten: Einfrieren von Benzin. Abgerufen von: van.Physik.Illinois.Edu
2. Iran. Levine. (2014). Prinzipien der Physikochemie. (Sechste Ausgabe). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Physikochemievertrag. Aguilar s. ZU. von Ausgaben, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanien).
4. Walter J. Moore. (1962). Physikalische Chemie. (Vierte Edition). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Bestimmung des Gefrierpunkts der Milch. Erholt von: Sibagropribor.Ru
6. Helmestine, Anne Marie, ph.D. (22. Juni 2018). Gefrierpunkt des Alkohols. Erholt von: thoughtco.com