Když rozpouštědlo zamrzne, částice tohoto rozpouštědla se stanou více uspořádanými. Mezimolekulární síly, které na tyto částice působí, se stávají „trvalejšími“, protože částice jsou nyní blíže k sobě. Například když voda zmrzne na led, vodíkové vazby, které dávají vodě mnoho jejích jedinečných vlastností, vytvářejí hexagonálně tvarovanou síť molekul vlastní struktuře ledu.
Co se stane, když se rozpustná látka přidá do vody nebo čistého rozpouštědla? Přidání rozpuštěné látky má za následek narušení uspořádání molekul rozpouštědla. To znamená, že z roztoku musí být odstraněno více energie, aby bylo možné jej zmrazit.
Například když se do vody přidá sůl, výsledné ionty ve vodě naruší obvyklou síť vodíkových vazeb vytvořených při zmrazení. Ve výsledku je bod tuhnutí roztoku nižší než u čistého rozpouštědla. Tomu se říká deprese bodu mrazu.
Definování deprese bodu mrazu
Pokles bodu tuhnutí je přímo úměrný molalitě rozpuštěné látky:
V této rovnici K.F je konstanta deprese molálního bodu mrazu m a m je molalita rozpuštěné látky. Pamatovat si,
molalita je počet molů rozpuštěné látky na kg rozpouštědla. Van't Hoffův faktor je i, který se vztahuje k počtu iontů v roztoku pro každou rozpuštěnou molekulu rozpuštěné látky. Například by to bylo 2 pro NaCl.V zásadě to znamená, že čím více je rozpuštěných látek, tím větší je pokles teploty mrazu.
Deprese bodu mrazu je definována bodem tuhnutí čistého rozpouštědla minus bod tuhnutí daného roztoku:
To vám umožní zjistit, jaký je nový bod tuhnutí ve srovnání s čistým rozpouštědlem.
Proč je užitečná deprese bodu mrazu?
Dvě nejběžnější aplikace deprese bodu mrazu v reálném světě jsou nemrznoucí směs a solení silnic v zimě.
Ethylenglykol je sloučenina často používaná v nemrznoucí směsi, protože když se přidá do vody, bod tuhnutí vody klesá. To vám pomůže zajistit, aby voda v chladiči vašeho automobilu nezamrzla.
Když se na silnici v zimě přidá sůl, led se bude tát při nižší teplotě, čímž bude bezpečnější, protože na silnici nebude tolik ledu.
Podívejte se na následující příklad, který ukazuje, jak přidání soli do vody povede ke snížení bodu tuhnutí roztoku.
Jaká je teplota tuhnutí roztoku, do kterého bylo do 1 kilogramu vody přidáno 100 gramů NaCl? Jinými slovy, jaký je bod mrazu slané vody?
Můžete použít následující rovnici:
KF pro vodu je 1,86 ° C / m. Toto číslo lze najít v tabulce, jako je ta v první referenci. Protože NaCl disociuje na dva ionty, van't Hoffův faktor je 2. Nakonec musíte vypočítat molalitu roztoku.
Nejprve budete muset převést gramy NaCl na moly:
Nyní budete muset vydělit moly NaCl hmotou rozpouštědla, abyste našli molalitu:
Dále to můžete zapojit do následující rovnice:
Tak:
Jako takový,
Nyní můžete použít rovnici deprese bodu mrazu k nalezení nového bodu mrazu řešení. (Pamatujte, že bod tuhnutí čisté vody je 0 ° C.)
Tak:
Přidání 100 gramů soli do 1 kilogramu vody by tedy snížilo bod tuhnutí na -6,4 ° C.
Tipy
Bod tuhnutí roztoku je vždy nižší než bod tuhnutí čistého rozpouštědla. To znamená, že roztok musí být uveden na nižší teplotu, aby zamrzl. To také znamená, že k tavení dochází při nižší teplotě než u čistého rozpouštědla.