Kun liuotin jäätyy, liuottimen hiukkaset järjestyvät paremmin. Näihin hiukkasiin vaikuttavat molekyylien väliset voimat muuttuvat "pysyvemmiksi", koska hiukkaset ovat nyt lähempänä toisiaan. Esimerkiksi kun vesi jäätyy jääksi, vetysidokset, jotka antavat vedelle monia sen ainutlaatuisia ominaisuuksia, tekevät kuusikulmaisen muotoisen molekyyliverkon luonteenomaisen jäärakenteelle.
Joten mitä tapahtuu, kun liuotettu aine lisätään veteen tai puhtaaseen liuottimeen? Liukenevan aineen lisääminen johtaa liuotinmolekyylien järjestyksen häiriintymiseen. Tämä tarkoittaa, että liuoksesta on poistettava enemmän energiaa sen jäädyttämiseksi.
Esimerkiksi, kun suolaa lisätään veteen, syntyneet vedessä olevat ionit hajottavat tavallisen pakkasessa syntyvän vetysidoksen verkoston. Tämän seurauksena liuoksen jäätymispiste on matalampi kuin puhtaalla liuottimella. Tätä kutsutaan jäätymispisteen masennukseksi.
Jäätymispisteen masennuksen määrittäminen
Jäätymispisteen lasku on suoraan verrannollinen liuenneen aineen molaalisuuteen:
Tässä yhtälössä Kf on molaalisen jäätymispisteen masennusvakio ja m on liuenneen aineen molaalisuus. Muistaa, molaalisuus on liuenneen aineen moolimäärä / kg liuotinta. Van't Hoff -kerroin on i, joka viittaa liuoksessa olevien ionien lukumäärään kullekin liuenneelle liuenneen molekyylille. Esimerkiksi tämä olisi 2 NaCl: lle.
Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että mitä enemmän liuenneita aineita on, sitä suurempi jäätymislämpötilan lasku.
Jäätymispisteen masennus määritetään puhtaan liuottimen jäätymispisteellä vähennettynä kyseisen liuoksen jäätymispiste:
Näin voit löytää uuden jäätymispisteen puhtaaseen liuottimeen verrattuna.
Miksi jäätymispisteen masennus on hyödyllinen?
Kaksi yleisintä reaalimaailman jäätymispisteen masennuksen sovellusta ovat pakkasnesteet ja suolatiet talvella.
Etyleeniglykoli on yhdiste, jota käytetään usein pakkasnesteessä, koska kun se lisätään veteen, veden jäätymispiste laskee. Tämä voi auttaa varmistamaan, että auton jäähdyttimessä oleva vesi ei jääty.
Kun suolaa lisätään tielle talvella, jää sulaa alemmassa lämpötilassa, mikä tekee siitä turvallisemman, koska tiellä ei ole niin paljon jäätä.
Katso seuraava esimerkki, joka osoittaa, kuinka suolan lisääminen veteen johtaa liuoksen jäätymispisteen laskuun.
Mikä on jäätymislämpötila liuoksessa, jossa 100 grammaa NaCl on lisätty 1 kilogrammaan vettä? Toisin sanoen, mikä on suolaveden jäätymispiste?
Voit käyttää seuraavaa yhtälöä:
Kf vedelle on 1,86 ° C / m. Tämä numero löytyy taulukosta, kuten ensimmäisessä viitteessä. Koska NaCl hajoaa kahteen ioniin, van't Hoff -kerroin on 2. Lopuksi sinun on laskettava liuoksen molaalisuus.
Tätä varten sinun on ensin muunnettava NaCl-grammat mooleiksi:
Sinun on nyt jaettava NaCl-moolit liuottimen massaan molaalisuuden löytämiseksi:
Seuraavaksi voit liittää tämän seuraavaan yhtälöön:
Niin:
Sellaisenaan,
Nyt voit käyttää jäätymispisteen masennusyhtälöä ratkaisun uuden jäätymispisteen löytämiseen. (Muista, että puhtaan veden jäätymispiste on 0 ° C.)
Niin:
Siten 100 gramman suolan lisääminen 1 kilogrammaan vettä alentaisi jäätymispisteen -6,4 ° C: seen.
Vinkkejä
Liuoksen jäätymispiste on aina pienempi kuin puhtaan liuottimen jäätymispiste. Tämä tarkoittaa, että liuos on saatettava alempaan lämpötilaan, jotta se jäätyy. Tämä tarkoittaa myös sitä, että sulaminen tapahtuu alhaisemmassa lämpötilassa kuin puhtaalla liuottimella.