Όταν ένας διαλύτης παγώνει, τα σωματίδια αυτού του διαλύτη γίνονται πιο διατεταγμένα. Οι διαμοριακές δυνάμεις που δρουν σε αυτά τα σωματίδια γίνονται πιο «μόνιμες» αφού τα σωματίδια είναι τώρα πιο κοντά μεταξύ τους. Για παράδειγμα, όταν το νερό παγώνει σε πάγο, οι δεσμοί υδρογόνου που δίνουν στο νερό πολλές από τις μοναδικές του ιδιότητες δημιουργούν ένα εξαγωνικά δίκτυο μορίων εγγενές στη δομή του πάγου.
Τι συμβαίνει λοιπόν όταν προστίθεται μια διαλυμένη ουσία σε νερό ή καθαρό διαλύτη; Η προσθήκη διαλυμένης ουσίας έχει ως αποτέλεσμα τη διάταξη των μορίων του διαλύτη. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να αφαιρεθεί περισσότερη ενέργεια από το διάλυμα για να το παγώσει.
Για παράδειγμα, όταν προστίθεται αλάτι στο νερό, τα προκύπτοντα ιόντα στο νερό διαταράσσουν το συνηθισμένο δίκτυο δεσμών υδρογόνου κατά την κατάψυξη. Ως αποτέλεσμα, το σημείο πήξης του διαλύματος είναι χαμηλότερο από αυτό για τον καθαρό διαλύτη. Αυτό ονομάζεται κατάθλιψη σημείου πήξης.
Καθορισμός κατάθλιψης σημείου πήξης
Η μείωση του σημείου πήξης είναι άμεσα ανάλογη με τη μοριακότητα της διαλυμένης ουσίας:
Σε αυτήν την εξίσωση, Κφά είναι η σταθερά κατάθλιψης του μοριακού σημείου πήξης και m είναι η μοριακότητα της διαλυμένης ουσίας. Θυμάμαι, μοριακότητα είναι ο αριθμός γραμμομορίων διαλυμένης ουσίας ανά kg διαλύτη. Ο παράγοντας van't Hoff είναι ο που σχετίζεται με τον αριθμό ιόντων σε διάλυμα για κάθε διαλυμένο μόριο διαλυμένης ουσίας. Για παράδειγμα, αυτό θα ήταν 2 για NaCl.
Βασικά, αυτό σημαίνει ότι όσο πιο διαλυμένη υπάρχει, τόσο μεγαλύτερη είναι η μείωση της θερμοκρασίας ψύξης.
Κατάθλιψη σημείου πήξης ορίζεται από το σημείο πήξης καθαρού διαλύτη μείον το σημείο πήξης του εν λόγω διαλύματος:
Αυτό σας επιτρέπει να βρείτε ποιο νέο σημείο πήξης συγκρίνεται με τον καθαρό διαλύτη.
Γιατί είναι καταθλιπτική η κατάθλιψη;
Οι δύο πιο συνηθισμένες εφαρμογές πραγματικού κόσμου της κατάθλιψης σημείου πήξης είναι τα αντιψυκτικά και αλατισμένα δρόμους το χειμώνα.
Η αιθυλενογλυκόλη είναι μια ένωση που χρησιμοποιείται συχνά στο αντιψυκτικό επειδή όταν προστίθεται στο νερό, το σημείο πήξης του νερού μειώνεται. Αυτό μπορεί να διασφαλίσει ότι το νερό στο ψυγείο του αυτοκινήτου σας δεν θα παγώσει.
Όταν προστίθεται αλάτι στο δρόμο το χειμώνα, ο πάγος θα λιώσει σε χαμηλότερη θερμοκρασία, καθιστώντας έτσι ασφαλέστερο γιατί δεν θα υπάρχει τόσος πάγος στο δρόμο.
Ρίξτε μια ματιά στο παρακάτω παράδειγμα, το οποίο δείχνει πώς η προσθήκη αλατιού στο νερό θα έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του σημείου πήξης του διαλύματος.
Ποια είναι η θερμοκρασία κατάψυξης ενός διαλύματος στο οποίο 100 γραμμάρια NaCl έχουν προστεθεί σε 1 κιλό νερό; Με άλλα λόγια, ποιο είναι το σημείο πήξης του αλμυρού νερού;
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ακόλουθη εξίσωση:
Το Κφά για το νερό είναι 1,86 ° C / m. Αυτός ο αριθμός μπορεί να βρεθεί σε έναν πίνακα όπως αυτός στην πρώτη αναφορά. Δεδομένου ότι το NaCl διαχωρίζεται σε δύο ιόντα, ο παράγοντας van't Hoff είναι 2. Τέλος, πρέπει να υπολογίσετε τη μοριακότητα της λύσης.
Για να το κάνετε αυτό θα πρέπει πρώτα να μετατρέψετε τα γραμμάρια NaCl σε moles:
Τώρα, θα πρέπει να διαιρέσετε τα γραμμομόρια του NaCl με τη μάζα του διαλύτη για να βρείτε τη μοριακότητα:
Στη συνέχεια, μπορείτε να το συνδέσετε στην ακόλουθη εξίσωση:
Ετσι:
Ως εκ τούτου,
Τώρα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση κατάθλιψης σημείου πήξης για να βρείτε το νέο σημείο πήξης της λύσης. (Θυμηθείτε, το σημείο πήξης καθαρού νερού είναι 0 ° C.)
Ετσι:
Έτσι, η προσθήκη 100 γραμμαρίων αλατιού σε 1 χιλιόγραμμο νερού μειώνει το σημείο ψύξης στους -6,4 ° C.
Συμβουλές
Το σημείο πήξης ενός διαλύματος είναι πάντα μικρότερο από το σημείο πήξης του καθαρού διαλύτη. Αυτό σημαίνει ότι το διάλυμα πρέπει να φθάσει σε χαμηλότερη θερμοκρασία για να παγώσει. Αυτό σημαίνει επίσης ότι η τήξη συμβαίνει σε χαμηλότερη θερμοκρασία από ότι για τον καθαρό διαλύτη.
