Điểm đóng băng trong những gì nó bao gồm, làm thế nào để tính toán và ví dụ



các điểm đóng băng là nhiệt độ tại đó một chất trải qua trạng thái cân bằng chuyển tiếp chất lỏng-rắn. Khi nói về chất, đây có thể là một hợp chất, nguyên tố tinh khiết hoặc hỗn hợp. Về mặt lý thuyết, tất cả các vật chất đóng băng khi nhiệt độ giảm xuống 0 tuyệt đối (0K).

Tuy nhiên, nhiệt độ cực cao là không cần thiết để quan sát sự đóng băng của chất lỏng. Icebergs là một trong những ví dụ rõ ràng nhất về các khối nước đóng băng. Ngoài ra, hiện tượng này có thể được theo dõi trong thời gian thực bằng cách tắm nitơ lỏng, hoặc sử dụng tủ đông đơn giản.

Sự khác biệt giữa đóng băng và hóa rắn là gì? Quá trình đầu tiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, vào độ tinh khiết của chất lỏng và là trạng thái cân bằng nhiệt động; trong khi thứ hai, liên quan nhiều hơn đến sự thay đổi thành phần hóa học của chất hóa rắn, thậm chí không hoàn toàn ở dạng lỏng (dạng sệt).

Do đó, đóng băng là một sự kiên cố hóa; nhưng điều ngược lại không phải lúc nào cũng đúng. Hơn nữa, để loại bỏ thuật ngữ hóa rắn, phải có pha lỏng ở trạng thái cân bằng với chất rắn cùng chất; các tảng băng tuân theo điều này: chúng nổi trên nước lỏng.

Do đó, người ta phải đối mặt với sự đóng băng của chất lỏng khi pha rắn được hình thành do hậu quả của việc giảm nhiệt độ. Áp lực cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lý này, mặc dù ảnh hưởng của nó thấp hơn trong chất lỏng với áp suất hơi thấp.

Chỉ số

  • 1 Điểm đóng băng là gì??
    • 1.1 Đóng băng so với độ hòa tan
  • 2 Cách tính toán?
    • 2.1 Phương trình giảm nhiệt độ
  • 3 ví dụ
    • 3.1 Nước
    • 3.2 Rượu
    • 3.3 Sữa
    • 3,4 thủy ngân
    • 3.5 Xăng
  • 4 tài liệu tham khảo

Điểm đóng băng là gì??

Khi nhiệt độ giảm, động năng trung bình của các phân tử giảm xuống, và do đó, chúng chậm lại một chút. Khi chúng đi chậm hơn trong chất lỏng, có một điểm mà chúng tương tác đủ để tạo thành một sự sắp xếp có trật tự của phân tử; đây là chất rắn đầu tiên, từ đó các tinh thể lớn hơn sẽ phát triển.

Nếu chất rắn đầu tiên này "lắc lư" quá nhiều, thì cần phải hạ nhiệt độ xuống thấp hơn nữa cho đến khi các phân tử của nó đủ yên tĩnh. Nhiệt độ mà điều này đạt được tương ứng với điểm đóng băng; từ đó, trạng thái cân bằng chất lỏng-rắn được thiết lập.

Kịch bản trước đó xảy ra đối với các chất tinh khiết; nhưng nếu họ không?

Trong trường hợp đó, các phân tử của chất rắn đầu tiên phải quản lý để kết hợp các phân tử lạ. Kết quả là, một chất rắn không tinh khiết (hoặc dung dịch rắn) được hình thành, cần nhiệt độ thấp hơn điểm đóng băng để hình thành nó.

Chúng ta đang nói về Điểm đóng băng. Miễn là có nhiều phân tử lạ hơn, hay nói chính xác hơn là tạp chất, chất lỏng sẽ đóng băng ở nhiệt độ ngày càng thấp.

Đóng băng so với độ hòa tan

Cho hỗn hợp hai hợp chất A và B khi nhiệt độ giảm, A đóng băng, trong khi B vẫn ở dạng lỏng.

Kịch bản tương tự như những gì vừa được giải thích. Một phần của A chưa bị đóng băng, và do đó bị hòa tan trong B. Sự cân bằng độ hòa tan được thảo luận nhiều hơn sau đó là sự chuyển đổi chất lỏng-rắn??

Cả hai mô tả đều hợp lệ: A kết tủa hoặc đóng băng khỏi B khi nhiệt độ giảm. Tất cả A sẽ kết tủa khi không còn gì của nó hòa tan trong B; Điều này cũng giống như nói rằng A sẽ bị đóng băng hoàn toàn.

Tuy nhiên, sẽ thuận tiện hơn khi điều trị hiện tượng này từ quan điểm đóng băng. Do đó, A đóng băng trước vì nó có điểm đóng băng thấp hơn, trong khi B sẽ cần nhiệt độ lạnh hơn.

Tuy nhiên, trên thực tế "băng của A" bao gồm một chất rắn có thành phần A phong phú hơn B; nhưng B cũng ở đó Điều này là do A + B là hỗn hợp đồng nhất, và do đó, một phần của tính đồng nhất đó được chuyển sang chất rắn đông lạnh.

Làm thế nào để tính toán nó?

Làm thế nào bạn có thể dự đoán hoặc tính toán điểm đóng băng của một chất? Có các tính toán hóa lý cho phép đạt được giá trị gần đúng của điểm đã nói dưới áp lực khác (khác với 1atm, áp suất xung quanh).

Tuy nhiên, những dòng chảy này vào entanpy nhiệt hạch (ΔFus); kể từ đó, phản ứng tổng hợp là quá trình theo hướng ngược lại của sự đóng băng.

Ngoài ra, thực tế dễ dàng hơn để xác định điểm nóng chảy của một chất hoặc hỗn hợp so với điểm đóng băng của nó; Mặc dù chúng có vẻ giống nhau, nhưng chúng cho thấy sự khác biệt nhất định.

Như đã đề cập trong phần trước: nồng độ tạp chất càng cao thì điểm đóng băng càng giảm. Điều này cũng có thể được nói theo cách sau: phần mol X của chất rắn trong hỗn hợp càng nhỏ, nó sẽ đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn.

Phương trình giảm nhiệt độ

Phương trình sau đây thể hiện và tóm tắt tất cả những gì đã nói:

LnX = - (Fus/ R) (1 / T - 1 / T) (1)

Trong đó R là hằng số khí lý tưởng, có công dụng gần như phổ biến. Tº là điểm đóng băng bình thường (ở áp suất xung quanh) và T là nhiệt độ mà vật rắn sẽ đóng băng ở phần mol X.

Từ phương trình này và sau một loạt các đơn giản hóa, chúng ta có được những điều sau đây, được biết đến nhiều hơn:

Tc = KFm (2)

Trong đó m là số mol của chất tan hoặc tạp chất và KF là hằng số bảo quản của dung môi hoặc thành phần lỏng.

Ví dụ

Dưới đây là một mô tả ngắn gọn về sự đóng băng của một số chất.

Nước

Nước đóng băng khoảng 0ºC. Tuy nhiên, giá trị này có thể giảm nếu nó chứa chất tan hòa tan trong đó; để nói, muối hoặc đường.

Tùy thuộc vào lượng chất tan hòa tan, nó có m-molal khác nhau; và khi tăng m, giảm X, có giá trị có thể được thay thế trong phương trình (1) và do đó xóa T.

Ví dụ, nếu bạn đặt một ly nước trong tủ đá, và một ly khác với nước ngọt (hoặc bất kỳ đồ uống có nước nào), ly nước sẽ đóng băng trước. Điều này là do các tinh thể của chúng hình thành nhanh hơn mà không bị xáo trộn các phân tử glucose, ion hoặc các loài khác.

Điều tương tự sẽ xảy ra nếu một ly nước biển được đặt trong tủ đá. Bây giờ, ly với nước biển có thể hoặc không đóng băng trước hơn ly với nước ngọt; sự khác biệt sẽ phụ thuộc vào lượng chất tan và không phải bản chất hóa học của nó.

Vì lý do này mà việc giảm Tc (nhiệt độ đóng băng) là một đặc tính chung.

Rượu

Rượu đóng băng ở nhiệt độ lạnh hơn nước lỏng. Ví dụ, ethanol đóng băng khoảng -114 ° C. Nếu nó được trộn với nước và các thành phần khác, sẽ có sự gia tăng điểm đóng băng.

Tại sao? Vì nước, chất lỏng và có thể trộn với rượu, đóng băng ở nhiệt độ cao hơn nhiều (0ºC).

Quay trở lại tủ lạnh với ly với nước, nếu lần này bạn vào một cái với đồ uống có cồn, đây sẽ là lần cuối cùng để đóng băng. Loại ethyl càng cao, tủ đông nên làm lạnh thêm để làm lạnh đồ uống. Vì lý do này mà đồ uống như rượu tequila khó đông hơn.

Sữa

Sữa là một chất có nguồn gốc từ nước, trong đó chất béo được phân tán cùng với đường sữa và canxi phốt phát, ngoài ra còn có các lipoprotein khác.

Các thành phần hòa tan nhiều hơn trong nước là những thành phần xác định mức độ đóng băng của nó với thành phần.

Trung bình, sữa được đông lạnh ở nhiệt độ khoảng -0,54 CC, nhưng dao động trong khoảng -0,50 đến -0,56 tùy thuộc vào tỷ lệ phần trăm của nước. Vì vậy, bạn có thể biết nếu sữa đã bị pha trộn. Và như bạn có thể thấy, một ly sữa sẽ đóng băng gần như ngang với ly nước.

Không phải tất cả sữa đều đóng băng ở cùng nhiệt độ, vì thành phần của nó cũng phụ thuộc vào nguồn động vật của nó.

Thủy ngân

Thủy ngân là kim loại duy nhất ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Để đóng băng nó, cần phải hạ nhiệt độ xuống -38,83ºC; và lần này bạn sẽ tránh ý tưởng rót nó vào ly và cho vào tủ đông, vì nó có thể dẫn đến những tai nạn khủng khiếp.

Lưu ý rằng thủy ngân đóng băng trước khi rượu. Điều này có thể là do thực tế là tinh thể thủy ngân dao động ít hơn vì nó bao gồm các nguyên tử được liên kết bởi các liên kết kim loại; trong khi trong ethanol, chúng là các phân tử CH3CH2OH tương đối nhẹ phải được cung cấp từ từ.

Xăng

Trong tất cả các ví dụ về điểm đóng băng, xăng là phức tạp nhất. Giống như sữa, nó là một hỗn hợp; nhưng cơ sở của nó không phải là nước, mà là một nhóm gồm nhiều hydrocacbon, mỗi loại có đặc điểm cấu trúc riêng. Một số phân tử nhỏ và những phân tử lớn khác.

Những hydrocacbon có áp suất hơi thấp hơn sẽ đóng băng trước; trong khi những thứ khác sẽ vẫn ở dạng lỏng, ngay cả khi một ly xăng được bao quanh bởi nitơ lỏng. Nó sẽ không tạo thành một "băng xăng" đúng cách, mà là một loại gel có tông màu vàng xanh.

Để đóng băng xăng hoàn toàn, có thể cần phải làm mát nhiệt độ đến -200ºC. Ở nhiệt độ này, có khả năng xăng sẽ hình thành, bởi vì tất cả các thành phần của hỗn hợp sẽ bị đóng băng; nghĩa là, sẽ không còn pha lỏng ở trạng thái cân bằng với chất rắn.

Tài liệu tham khảo

  1. Khoa Vật lý, Đại học Illinois tại Urbana-Champaign. (2018). Q & A: Xăng đóng băng. Lấy từ: van.physics.illinois.edu
  2. Ira N. Levine. (2014). Nguyên lý hóa lý. (Ấn bản thứ sáu). Đồi Mc Graw.
  3. Đá thạch anh. (1970). Hiệp ước hóa lý. Ác mộng S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38 tuổi, Madrid (Tây Ban Nha).
  4. Walter J. Moore. (1962). Hóa lý (Ấn bản thứ tư). Longman.
  5. Anh chị em ruột (2015). Xác định điểm đóng băng của sữa. Lấy từ: sibagropribor.ru