templeratura de inghet este temperatura la care o substanță experimentează un echilibru de tranziție lichid-solid. Când vorbim despre o substanță, poate fi un compus, un element pur sau un amestec. Teoretic, toată materia îngheață pe măsură ce temperatura scade la zero absolut (0K).
Cu toate acestea, nu sunt necesare temperaturi extreme pentru a observa înghețarea lichidelor. Aisbergurile sunt unul dintre cele mai evidente exemple de corpuri de apă înghețate. La fel, fenomenul poate fi monitorizat în timp real folosind băi de azot lichid sau folosind un congelator simplu..
Care este diferența dintre îngheț și solidificare? Că primul proces este foarte dependent de temperatură, de puritatea lichidului și este un echilibru termodinamic; în timp ce al doilea este mai legat de modificările compoziției chimice a substanței care se solidifică, chiar și fără a fi complet lichid (o pastă).
Prin urmare, o înghețare este o solidificare; dar inversul nu este întotdeauna adevărat. Mai mult, pentru a elimina termenul de solidificare, trebuie să existe o fază lichidă în echilibru cu solidul aceleiași substanțe; aisbergurile fac acest lucru: plutesc pe apă lichidă.
Astfel, cineva se confruntă cu înghețarea unui lichid atunci când se formează o fază solidă ca o consecință a scăderii temperaturii. Presiunea influențează, de asemenea, această proprietate fizică, deși efectele acesteia sunt mai mici în lichidele cu presiuni scăzute de vapori..
Indice articol
Pe măsură ce temperatura scade, energia cinetică medie a moleculelor scade și, prin urmare, acestea încetinesc puțin. Pe măsură ce mergeți mai încet în lichid, vine un moment în care acestea interacționează suficient pentru a forma un aranjament ordonat al moleculei; acesta este primul solid, din care vor crește cristale mai mari.
Dacă acest prim solid "se clatină" prea mult, atunci va fi necesar să scadă și mai mult temperatura până când moleculele sale rămân în continuare suficiente. Temperatura la care se realizează acest lucru corespunde punctului de îngheț; de acolo se stabilește echilibrul lichid-solid.
Scenariul de mai sus apare pentru substanțele pure; dar dacă nu sunt?
În acest caz, moleculele primului solid trebuie să reușească să încorporeze moleculele străine. Ca rezultat, se formează un solid impur (sau o soluție solidă), care necesită o temperatură mai mică decât punctul de îngheț pentru formarea sa..
Se vorbește apoi despre scăderea punctului de îngheț. Deoarece există mai multe molecule străine, sau mai corect vorbind, impurități, lichidul va îngheța la temperaturi din ce în ce mai scăzute..
Având în vedere un amestec de doi compuși, A și B, pe măsură ce temperatura scade, A îngheață, în timp ce B rămâne lichid.
Scenariul este similar cu ceea ce tocmai a fost explicat. O parte din A nu s-a înghețat încă și, prin urmare, este dizolvată în B. Este o problemă mai degrabă de echilibru de solubilitate decât de tranziție lichid-solid?
Ambele descrieri sunt valabile: A precipită sau îngheață, separându-se de B pe măsură ce temperatura scade. Tot A va fi precipitat când nu mai este dizolvat în B; ceea ce este același lucru cu a spune că A va fi înghețat complet.
Cu toate acestea, este mai convenabil să tratăm fenomenul din punctul de vedere al înghețului. Astfel, A îngheață mai întâi, deoarece are un punct de îngheț mai mic, în timp ce B va avea nevoie de temperaturi mai scăzute..
Cu toate acestea, „gheața lui A” constă de fapt dintr-un solid care are o compoziție mai bogată de A decât B; dar și B este acolo. Acest lucru se datorează faptului că A + B este un amestec omogen și, prin urmare, o parte din omogenitate este transferată la solidul înghețat..
Cum puteți prevedea sau calcula punctul de îngheț al unei substanțe? Există calcule fizico-chimice care permit obținerea unei valori aproximative a acestui punct sub alte presiuni (altele decât 1atm, presiunea ambientală).
Cu toate acestea, acestea conduc la entalpia fuziunii (ΔFus); întrucât fuziunea este procesul în direcția opusă congelării.
Mai mult, experimental este mai ușor să se determine punctul de topire al unei substanțe sau amestec decât punctul de îngheț al acesteia; Deși pot părea la fel, arată anumite diferențe.
După cum sa menționat în secțiunea anterioară: cu cât este mai mare concentrația de impurități, cu atât este mai mare scăderea punctului de îngheț. Acest lucru se poate spune și după cum urmează: cu cât fracția molară X a solidului din amestec este mai mică, cu atât temperatura va scădea..
Următoarea ecuație exprimă și rezumă tot ce s-a spus:
LnX = - (ΔFus/ R) (1 / T - 1 / Tº) (1)
Unde R este constanta ideală a gazului, care are o utilizare aproape universală. Tº este punctul normal de îngheț (la presiunea ambiantă) și T este temperatura la care solidul va îngheța la o fracție molară X.
Din această ecuație și după o serie de simplificări, se obține următoarele, mai bine cunoscute:
ΔTc = KFm (2)
Unde m este molalitatea solutului sau impurității și KF este constanta crioscopică a solventului sau a componentului lichid.
O scurtă descriere a înghețării unor substanțe va fi prezentată mai jos.
Apa îngheață în jurul valorii de 0 ° C. Cu toate acestea, această valoare poate scădea dacă conține un dizolvat dizolvat în ea; să zicem, sare sau zahăr.
În funcție de cantitatea de dizolvat dizolvat, există diferite molalități m; iar pe măsură ce m crește, scade X, a cărui valoare poate fi substituită în ecuația (1) și astfel se rezolvă T.
De exemplu, dacă puneți un pahar cu apă într-un congelator și altul cu apă îndulcită (sau orice băutură pe bază de apă), paharul cu apă va îngheța mai întâi. Acest lucru se datorează faptului că cristalele sale se formează mai repede, fără perturbarea moleculelor de glucoză, a ionilor sau a altor specii..
La fel s-ar întâmpla dacă ați pune un pahar cu apă de mare în congelator. Acum, paharul cu apă de mare poate fi sau nu mai întâi înghețat decât paharul cu apă îndulcită; diferența va depinde de cantitatea de solut și nu din natura sa chimică.
Din acest motiv, scăderea Tc (temperatura de îngheț) este o proprietate coligativă.
Alcoolii îngheață la temperaturi mai scăzute decât apa lichidă. De exemplu, etanolul îngheață în jurul valorii de -114 ° C. Dacă este amestecat cu apă și alte ingrediente, va crește punctul de îngheț..
De ce? Deoarece apa, o substanță lichidă miscibilă cu alcoolul, îngheață la o temperatură mult mai mare (0 ° C).
Revenind la frigider cu paharele cu apă, dacă de data aceasta se introduce unul cu o băutură alcoolică, acesta va fi ultimul care va îngheța. Cu cât este mai mare gradul de etil, congelatorul va trebui să-l răcească în continuare pentru a îngheța băutura. Din acest motiv, băuturile precum tequila sunt mai greu de congelat..
Laptele este o substanță pe bază de apă, în care grăsimea este dispersată împreună cu lactoză și fosfați de calciu, pe lângă alte lipoproteine..
Acele componente care sunt mai solubile în apă sunt cele care determină cât de mult va varia punctul său de îngheț în funcție de compoziție..
În medie, laptele îngheață la o temperatură în jurul valorii de -0,54 ° C, dar variază între -0,50 și -0,56 în funcție de procentul de apă. Astfel, este posibil să știm dacă laptele a fost adulterat. Și, după cum puteți vedea, un pahar de lapte va îngheța aproape la egalitate cu un pahar de apă..
Nu toate laptele îngheață la aceeași temperatură, deoarece compoziția sa depinde și de sursa sa animală.
Mercurul este singurul metal care se află sub formă lichidă la temperatura camerei. Pentru a-l îngheța, este necesar să coborâți temperatura la -38,83ºC; și de data aceasta va fi evitată ideea de a o turna într-un pahar și a o pune într-un congelator, deoarece ar putea duce la accidente teribile.
Rețineți că mercurul îngheață înainte de alcool. Acest lucru se poate datora faptului că cristalul de mercur vibrează mai puțin deoarece este format din atomi legați prin legături metalice; în timp ce în etanol, acestea sunt molecule de CH3CHDouăOH relativ ușor care trebuie să se așeze lent.
Dintre toate exemplele de punct de îngheț, benzina este cea mai complexă. La fel ca laptele, este un amestec; dar baza sa nu este apă, ci un grup de diverse hidrocarburi, fiecare cu propriile sale caracteristici structurale. Unele molecule mici, iar altele mari.
Acele hidrocarburi cu presiuni mai mici de vapori vor îngheța mai întâi; în timp ce celelalte vor rămâne în stare lichidă, chiar dacă un pahar de benzină este înconjurat de azot lichid. Nu va forma în mod corespunzător o „gheață pe benzină”, ci un gel cu nuanțe galben-verzui.
Pentru a îngheța complet benzina, poate fi necesar să se răcească temperatura la -200ºC. La această temperatură este probabil să se formeze gheață pe benzină, deoarece toate componentele amestecului vor fi înghețate; adică nu va mai exista o fază lichidă în echilibru cu un solid.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.