Oluştuğu noktada donma noktası, nasıl hesaplanacağı ve örnekler

donma noktası bir maddenin bir sıvı-katı geçiş dengesine maruz kaldığı sıcaklıktır. Madde hakkında konuşurken, bu bir bileşik, saf element veya karışım olabilir. Teorik olarak, sıcaklık mutlak sıfıra (0K) düştüğünde tüm maddeler donar.

Bununla birlikte, sıvıların donmasını gözlemlemek için aşırı sıcaklıklara gerek yoktur. Buzdağları, donmuş su kütlelerinin en belirgin örneklerinden biridir. Ayrıca, fenomeni gerçek zamanlı olarak sıvı azot banyoları veya basit bir dondurucu kullanarak izlenebilir..

Donma ve katılaşma arasındaki fark nedir? Birinci işlem sıcaklığa, sıvının saflığına oldukça bağlıdır ve termodinamik bir dengedir; ikincisi ise, tamamen sıvı olmadan bile (katı macun) katılaşan maddenin kimyasal bileşimindeki değişikliklerle daha fazla ilgilidir..

Dolayısıyla, bir donma bir katılaşmadır; ama tam tersi her zaman doğru değildir. Ayrıca, katılaşma terimini atmak için, aynı maddenin katı ile dengede sıvı bir faz olmalıdır; buzdağları buna uyuyor: sıvı su üzerinde yüzüyorlar.

Bu nedenle, sıcaklıktaki bir düşüşün bir sonucu olarak katı bir faz oluştuğunda, bir sıvının donmasıyla karşılaşılmaktadır. Basınç aynı zamanda bu fiziksel özelliği de etkiler, ancak düşük buhar basıncı olan sıvılarda etkileri daha düşüktür..

indeks

• 1 Donma noktası nedir??
  • 1.1 Donma - çözünürlük
• 2 Nasıl hesaplanır?
  • 2.1 Sıcaklık düşüşü denklemi
• 3 Örnekler
  • 3.1 Su
  • 3.2 Alkol
  • 3.3 Süt
  • 3.4 Civa
  • 3.5 Benzin
• 4 Kaynakça

Donma noktası nedir??

Sıcaklık düştükçe moleküllerin ortalama kinetik enerjisi azalır ve bu nedenle biraz yavaşlar. Sıvıda yavaşladıklarında, molekülün düzenli bir düzenini oluşturacak kadar etkileşime girdikleri bir nokta vardır; bu daha büyük kristallerin büyüyeceği ilk katıdır.

Bu ilk katı çok fazla "sallanırsa", molekülleri yeterince sessiz kalana kadar sıcaklığı daha da azaltmak gerekir. Bunun elde edildiği sıcaklık donma noktasına karşılık gelir; oradan, sıvı-katı dengesi kurulur.

Önceki senaryo saf maddeler için olur; ama ya onlar değilse?

Bu durumda, birinci katının moleküllerinin yabancı molekülleri birleştirmeyi başarması gerekir. Sonuç olarak, oluşması için donma noktasından daha düşük bir sıcaklığa ihtiyaç duyan saf bir katı (veya katı çözelti) oluşur..

Hakkında konuşuyoruz Donma noktası düşmesi. Daha fazla yabancı molekül veya daha doğru bir şekilde konuşursak kirlilikler olduğu sürece, sıvı giderek daha düşük sıcaklıklarda donacaktır.

Donma vs çözünürlük

İki bileşik karışımı göz önüne alındığında, sıcaklık düştüğünde A ve B, A donar, B ise sıvı halde kalır..

Senaryo henüz açıklanmış olana benzer. A'nın bir kısmı henüz donmamıştır ve bu nedenle B'de çözünmüştür. Çözünürlük dengesi, sıvı-katı bir geçişinkinden daha fazla tartışılıyor mu??

Her iki açıklama da geçerlidir: Sıcaklık düştüğünde bir B çökelir veya donar. B'de çözünmüş bir şey kalmadığında tüm A çökelmiş olacak; A'nın tamamen donmuş olacağı söylendiği gibi.

Bununla birlikte, bu fenomenin donma açısından tedavi edilmesi daha uygundur. Bu nedenle, ilk önce A donuyor, çünkü daha düşük donma noktasına sahip, B daha düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyacak.

Bununla birlikte, aslında "A buzunu", A'dan B'ye göre daha zengin bir bileşime sahip bir katıdan oluşur; ama B de orada. Bunun nedeni A + B'nin homojen bir karışım olmasıdır ve bu nedenle homojenliğin bir kısmı donmuş katı maddeye aktarılır..

Nasıl hesaplanır?

Bir maddenin donma noktasını nasıl tahmin edebilir veya hesaplayabilirsiniz? Diğer basınçlar altında söz konusu noktanın yaklaşık bir değerinin elde edilmesine izin veren fizikokimyasal hesaplamalar vardır (1atm'den farklı, ortam basıncı).

Bununla birlikte, bu füzyon entalpi içine akar (Δ_fus); çünkü füzyon donma noktasının tersi yönde bir işlemdir..

Ek olarak, bir maddenin veya karışımın erime noktasını belirlemek donma noktasından daha kolaydır; Her ne kadar aynı görünseler de, belli farklılıklar gösteriyorlar..

Önceki bölümde belirtildiği gibi: safsızlıkların konsantrasyonu arttıkça donma noktasındaki düşüş de artar. Bu şu şekilde de söylenebilir: Karışımdaki katının molar fraksiyonu ne kadar küçük olursa, o daha düşük bir sıcaklıkta donar.

Sıcaklık düşüşü denklemi

Aşağıdaki denklem söylenenleri ifade eder ve özetler:

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

R, neredeyse evrensel bir kullanıma sahip olan ideal gaz sabitidir. Tº normal donma noktasıdır (ortam basıncında) ve T, katının X molar fraksiyonunda donacağı sıcaklıktır..

Bu denklemden ve bir dizi basitleştirmeden sonra, daha iyi bilinen aşağıdakileri elde ediyoruz:

ΔTc = K_Fm (2)

M, çözünme veya safsızlığın ahlaki değeri olduğunda K_F çözücü veya sıvı bileşenin kriyoskopik sabitidir.

Örnekler

Aşağıda bazı maddelerin donmasına ilişkin kısa bir açıklama bulunmaktadır..

su

Su 0ºC civarında donuyor. Ancak, içinde çözünmüş bir çözünen madde içeriyorsa, bu değer düşebilir; demek ki, tuz ya da şeker.

Çözünen çözünen miktarına bağlı olarak, farklı m-modalitelerine sahiptir; ve m artarken, değeri (1) denkleminde ikame edilebilen X'i azaltır ve dolayısıyla T.

Örneğin, bir dondurucuya bir bardak su ve şekerli suyla (veya herhangi bir su bazlı içeceğe) bir bardak su koyarsanız, önce bardak su donar. Bunun nedeni, kristallerinin glikoz moleküllerini, iyonları veya diğer türleri rahatsız etmeden daha hızlı oluşmasıdır..

Dondurucuya bir bardak deniz suyu konulursa aynı şey olur. Şimdi, deniz suyuna sahip cam, önce tatlandırılmış suyla camdan donabilir veya donmayabilir; fark, çözünen miktarına bağlı olacaktır ve onun kimyasal yapısı.

Bu nedenle, Tc'deki (donma sıcaklığı) düşüş, kolligatif bir özelliktir..

alkol

Alkoller, sıvı sudan daha soğuk sıcaklıklarda donar. Örneğin, etanol -114 ° C civarında donuyor Su ve diğer malzemelerle karışırsa donma noktasında bir artış olur..

Neden? Çünkü su, sıvı madde ve alkolle karışabilir, çok daha yüksek bir sıcaklıkta donar (0ºC).

Bardaklı suyla buzdolabına geri dönersek, bu kez alkollü bir içecekle bir tanesine girerseniz, dondurulacak olan sonuncudur. Etil derecesi ne kadar yüksek olursa, dondurucu içeceği dondurmak için daha fazla soğutmalıdır. Bu nedenle tekila gibi içeceklerin donması daha zordur..

süt

Süt, diğer lipoproteinlerin yanı sıra, laktoz ve kalsiyum fosfatlarla birlikte yağın dağıdığı su bazlı bir maddedir..

Suda daha fazla çözünür olan bu bileşenler donma noktasını bileşim ile ne kadar değiştireceğini belirleyenlerdir..

Ortalama olarak, süt -0.54ºC civarında bir sıcaklıkta dondurulur, ancak su yüzdesine bağlı olarak -0.50 ile -0.56 arasında değişir. Yani, sütün sıyrılıp karıştırılmadığını anlayabilirsiniz. Ve gördüğünüz gibi, bir bardak süt neredeyse bir bardak su ile eşit donacak.

Her süt aynı sıcaklıkta donmaz, çünkü bileşimi hayvan kaynağına da bağlıdır..

cıva

Civa oda sıcaklığında sıvı halde olan tek metaldir. Dondurmak için, sıcaklığı -38.83ºC'ye düşürmek gerekir; ve bu sefer onu bir bardağa dökmek ve dondurucuya koymaktan kaçınacaksınız, çünkü korkunç kazalara yol açabilir..

Civa alkolden önce donar. Bu, cıva kristalinin metal bağlarıyla bağlı atomlardan oluştuğu için daha az titreşmesi nedeniyle olabilir; etanolde ise CH molekülleridir₃CH₂OH yavaşça yerleştirilmesi gereken nispeten hafif.

benzin

Donma noktası örneklerinin hepsinde, benzin en karmaşık olanıdır. Süt gibi, bir karışımdır; fakat onun tabanı su değil, her biri kendi yapısal özelliklerine sahip birkaç hidrokarbon grubudur. Küçük moleküllerin bazıları ve diğer büyüklerin.

Düşük buhar basınçlarına sahip olan hidrokarbonlar önce donacaktır; Diğerleri sıvı kalırken, bir bardak benzin sıvı azotla çevrili olsa bile. Düzgün bir "benzin buzu" oluşturmayacak, fakat sarı-yeşil tonlara sahip bir jel.

Benzini tamamen dondurmak için, sıcaklığın -200ºC'ye soğutulması gerekebilir. Bu sıcaklıkta, benzinin oluşması olasıdır, çünkü karışımın tüm bileşenleri donmuş olacak; yani, artık katı ile dengede sıvı faz oluşmayacaktır..

referanslar

1. Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi, Fizik Bölümü. (2018). Soru ve Cevap: Benzin donması. Alınan kaynak: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Fizikokimyanın prensipleri. (Altıncı baskı). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fizikokimya Antlaşması. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (İspanya).
4. Walter J. Moore. (1962). Fiziksel Kimya (Dördüncü baskı). Longmans.
5. Sibagropribor. (2015). Sütün Donma Noktası Tayini. Alınan kaynak: sibagropribor.ru