Когато разтворителят замръзне, частиците на този разтворител стават по-подредени. Междумолекулните сили, които действат върху тези частици, стават по-постоянни, тъй като частиците вече са по-близо една до друга. Например, когато водата замръзне в лед, водородните връзки, които придават на водата много от нейните уникални свойства, правят шестоъгълно оформена мрежа от молекули, присъщи на структурата на леда.
И така, какво се случва, когато разтворено вещество се добави към вода или чист разтворител? Добавянето на разтворено вещество води до нарушаване на подреждането на молекулите на разтворителя. Това означава, че от разтвора трябва да се отстрани повече енергия, за да се замрази.
Например, когато към водата се добавя сол, получените йони във водата нарушават обичайната мрежа от водородни връзки, образувани при замразяване. В резултат на това точката на замръзване на разтвора е по-ниска, отколкото за чистия разтворител. Това се нарича депресия в точката на замръзване.
Определяне на депресията на точката на замръзване
Намаляването на точката на замръзване е право пропорционално на моларността на разтвореното вещество:
В това уравнение Kе е константата на депресия на молалната точка на замръзване и m е молалността на разтвореното вещество. Помня, моларност е броят на моловете разтворено вещество на кг разтворител. Факторът на van't Hoff е i, който се отнася до броя на йони в разтвор за всяка разтворена молекула разтворено вещество. Например, това би било 2 за NaCl.
По принцип това означава, че колкото повече разтворено вещество има, толкова по-голямо е понижението на температурата на замръзване.
Точка на замръзване депресия се определя от точката на замръзване на чистия разтворител минус точката на замръзване на въпросния разтвор:
Това ви позволява да намерите какво е новата точка на замръзване в сравнение с чистия разтворител.
Защо е полезна депресията на точката на замръзване?
Двете най-често срещани приложения в реалния свят за понижаване на точката на замръзване са антифриз и осоляване на пътища през зимата.
Етиленгликолът е съединение, често използвано в антифриза, тъй като когато се добавя към вода, точката на замръзване на водата намалява. Това може да помогне да се гарантира, че водата в радиатора на колата ви няма да замръзне.
Когато през зимата се добави сол към пътя, ледът ще се топи при по-ниска температура, като по този начин ще стане по-безопасен, защото на пътя няма да има толкова много лед.
Обърнете внимание на следния пример, който показва как добавянето на сол към вода ще доведе до намаляване на точката на замръзване на разтвора.
Каква е температурата на замръзване на разтвор, в който 100 грама NaCl са добавени към 1 килограм вода? С други думи, каква е точката на замръзване на солената вода?
Можете да използвате следното уравнение:
Kе за вода е 1,86 ° C / m. Този номер може да се намери в таблица като тази в първата справка. Тъй като NaCl се дисоциира на два йона, коефициентът на van't Hoff е 2. И накрая, трябва да изчислите молалността на разтвора.
За да направите това, първо ще трябва да конвертирате грамовете NaCl в молове:
Сега ще трябва да разделите моловете на NaCl на масата на разтворителя, за да намерите моларността:
След това можете да включите това в следното уравнение:
Така:
Като такъв,
Сега можете да използвате уравнението за депресия на точката на замръзване, за да намерите новата точка на замръзване на решението. (Не забравяйте, че точката на замръзване на чистата вода е 0 ° C.)
Така:
По този начин, добавянето на 100 грама сол към 1 килограм вода би намалило точката на замръзване до -6,4 ° C.
Съвети
Точката на замръзване на разтвора винаги е по-малка от точката на замръзване на чистия разтворител. Това означава, че разтворът трябва да се доведе до по-ниска температура, за да може да замръзне. Това също означава, че топенето се случва при по-ниска температура, отколкото за чистия разтворител.