De frys punkt är den temperatur vid vilken ett ämne upplever en övergångsvikt mellan vätska och fast ämne. När man talar om ett ämne kan det vara en förening, ett rent element eller en blandning. Teoretiskt fryser all materia när temperaturen sjunker till absolut noll (0K).
Extrema temperaturer krävs dock inte för att observera frysning av vätskor. Isberg är ett av de mest uppenbara exemplen på frysta vattendrag. På samma sätt kan fenomenet övervakas i realtid med flytande kvävebad eller med en enkel frys..
Vad är skillnaden mellan frysning och stelning? Att den första processen är mycket beroende av temperaturen, av vätskans renhet och är en termodynamisk jämvikt; medan den andra är mer relaterad till förändringar i den kemiska sammansättningen av ämnet som stelnar, även utan att vara helt flytande (en pasta).
Därför är en frysning en stelning; men det motsatta är inte alltid sant. Dessutom måste det finnas en flytande fas i jämvikt med fastämnet av samma substans för att kasta bort termen stelning; isberg gör detta: de flyter på flytande vatten.
Man står således inför frysningen av en vätska när en fast fas bildas som en följd av en temperaturminskning. Trycket påverkar också denna fysiska egenskap, även om dess effekter är mindre i vätskor med lågt ångtryck..
Artikelindex
När temperaturen sjunker minskar molekylernas genomsnittliga kinetiska energi och därför saktar de ner lite. När du går långsammare i vätskan kommer det en punkt där de interagerar tillräckligt för att bilda ett ordnat arrangemang av molekylen; detta är den första fasta substansen, från vilken större kristaller kommer att växa.
Om detta första fasta ämne "vinglar" för mycket, kommer det att bli nödvändigt att sänka temperaturen ytterligare tills dess molekyler förblir stilla nog. Temperaturen vid vilken detta uppnås motsvarar fryspunkten; därifrån upprättas den flytande-fasta jämvikten.
Ovanstående scenario inträffar för rena ämnen; men tänk om de inte är det?
I så fall måste molekylerna i det första fasta ämnet lyckas införliva de främmande molekylerna. Som ett resultat bildas en oren fast (eller fast lösning) som kräver en temperatur lägre än fryspunkten för dess bildning..
Det talas sedan om fryspunkt droppe. Eftersom det finns fler främmande molekyler, eller mer korrekt sagt, föroreningar, kommer vätskan att frysa vid lägre och lägre temperaturer..
Med en blandning av två föreningar, A och B, när temperaturen sjunker, fryser A medan B förblir flytande.
Scenariot liknar det som just har förklarats. En del av A har ännu inte frusit och är därför upplöst i B. Är det då fråga om löslighetens jämvikt snarare än för en flytande-fast övergång?
Båda beskrivningarna är giltiga: A fäller ut eller fryser, separerar från B när temperaturen sjunker. Alla A kommer att ha utfällts när det inte längre finns något av det löst i B; vilket är detsamma som att säga att A kommer att ha frusit helt.
Det är dock bekvämare att behandla fenomenet ur frysningssynpunkt. Således fryser A först eftersom det har en lägre fryspunkt, medan B behöver kallare temperaturer..
Emellertid består "isen av A" faktiskt av ett fast ämne som har en rikare sammansättning av A än B; men B är där också. Detta beror på att A + B är en homogen blandning och därför överförs en del av denna homogenitet till det frysta fasta ämnet..
Hur kan du förutsäga eller beräkna ett ämnes fryspunkt? Det finns fysikalisk-kemiska beräkningar som gör det möjligt att erhålla ett ungefärligt värde för denna punkt under andra tryck (annat än 1 atm, omgivningstrycket).
Dessa leder emellertid till fusionens entalpi (ΔFus); eftersom fusion är processen i motsatt riktning mot frysning.
Vidare är det experimentellt lättare att bestämma smältpunkten för ett ämne eller en blandning än dess fryspunkt; Även om de kan verka desamma, visar de vissa skillnader.
Som nämnts i föregående avsnitt: ju högre koncentration av föroreningar desto större minskning av fryspunkten. Detta kan också sägas enligt följande: ju lägre molfraktion X av det fasta ämnet i blandningen, desto lägre temperatur kommer den att frysa..
Följande ekvation uttrycker och sammanfattar allt som har sagts:
LnX = - (ΔFus/ R) (1 / T - 1 / Tº) (1)
Där R är den ideala gaskonstanten, som har nästan universell användning. Tº är den normala fryspunkten (vid omgivningstryck) och T är den temperatur vid vilken fastämnet fryser till en molfraktion X.
Från denna ekvation och efter en serie förenklingar erhålls följande, bättre kända:
ATc = KFm (2)
Där m är molaliteten hos den upplösta produkten eller föroreningar, och KF är den kryoskopiska konstanten för lösningsmedlet eller den flytande komponenten.
En kort beskrivning av frysning av vissa ämnen ges nedan.
Vatten fryser runt 0ºC. Detta värde kan dock minska om det innehåller ett löst ämne upplöst i det; säg salt eller socker.
Beroende på mängden löst löst ämne finns det olika molaliteter m; och när m ökar minskar X, vars värde kan ersättas i ekvation (1) och därmed lösa för T.
Om du till exempel lägger ett glas vatten i en frys och ett annat med sötat vatten (eller någon vattenbaserad dryck) fryser glaset först. Detta beror på att dess kristaller bildas snabbare utan störningar av glukosmolekyler, joner eller andra arter..
Detsamma skulle hända om du lägger ett glas havsvatten i frysen. Nu kan glaset med havsvatten frysas eller inte först än glaset med sötat vatten; skillnaden beror på mängden löst ämne och inte av dess kemiska natur.
Det är av denna anledning som minskningen av Tc (frysningstemperatur) är en kolligativ egenskap.
Alkoholer fryser vid kallare temperaturer än flytande vatten. Till exempel fryser etanol runt -114 ° C. Om det blandas med vatten och andra ingredienser kommer fryspunkten att öka..
Varför? Eftersom vatten, ett flytande ämne blandbart med alkohol, fryser vid en mycket högre temperatur (0ºC).
Återvänder till kylskåpet med glasen med vatten, om den här gången en med en alkoholhaltig dryck introduceras, kommer detta att vara den sista som fryser. Ju högre etylgrad, kommer frysen att behöva svalna ytterligare för att frysa drycken. Det är av den anledningen att drycker som tequila är svårare att frysa..
Mjölk är ett vattenbaserat ämne, i vilket fett sprids tillsammans med laktos och kalciumfosfater, förutom andra lipoproteiner..
De komponenter som är mer lösliga i vatten är de som bestämmer hur mycket dess fryspunkt kommer att variera med kompositionen..
I genomsnitt fryser mjölken vid en temperatur runt -0,54ºC, men den varierar mellan -0,50 och -0,56 beroende på procentandelen vatten. Således är det möjligt att veta om mjölken har förfalskats. Och som du kan se kommer ett glas mjölk att frysa nästan i nivå med ett glas vatten..
Inte all mjölk fryser vid samma temperatur, eftersom dess sammansättning också beror på dess djurkälla.
Kvicksilver är den enda metallen som är i flytande form vid rumstemperatur. För att frysa är det nödvändigt att sänka temperaturen till -38,83 ° C; och den här gången undviks tanken att hälla den i ett glas och lägga den i en frys, eftersom det kan leda till fruktansvärda olyckor.
Observera att kvicksilver fryser före alkohol. Detta kan bero på att kvicksilverkristallen vibrerar mindre eftersom den består av atomer kopplade av metallbindningar; medan i etanol är de molekyler av CH3CHtvåRelativt lätt OH som måste sätta sig långsamt.
Av alla fryspunktsexempel är bensin det mest komplexa. Liksom mjölk är det en blandning; men dess bas är inte vatten, utan en grupp av olika kolväten, var och en med sina egna strukturella egenskaper. Några små molekyler och andra stora.
Dessa kolväten med lägre ångtryck fryser först; medan de andra kommer att förbli i flytande tillstånd, även om ett glas bensin omges av flytande kväve. Det kommer inte att bilda ordentligt en ”bensinis” utan en gel med gulgröna nyanser.
För att frysa bensin helt kan det vara nödvändigt att kyla ner temperaturen till -200 ° C. Vid denna temperatur är det troligt att bensin kommer att bildas, eftersom alla komponenter i blandningen har frusit; det vill säga det kommer inte längre att finnas en flytande fas i jämvikt med ett fast ämne.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.