Ha egy oldószer megfagy, az oldószer részecskéi rendezettebbé válnak. Az ezekre a részecskékre ható intermolekuláris erők „állandóbbá” válnak, mivel a részecskék most közelebb vannak egymáshoz. Például, amikor a víz jéggé dermed, a hidrogénkötések, amelyek sok egyedi tulajdonságot adnak a víznek, hatszög alakú molekulahálózatot alkotnak, amely a jég szerkezetére jellemző.
Tehát mi történik, ha oldott anyagot adunk vízhez vagy tiszta oldószerhez? Az oldott anyag hozzáadása azt eredményezi, hogy az oldószermolekulák rendezése megszakad. Ez azt jelenti, hogy több energiát kell eltávolítani az oldatból annak fagyasztása érdekében.
Például, ha sót adunk a vízhez, a vízben keletkező ionok megbontják a fagyáskor kialakuló hidrogénkötések szokásos hálózatát. Ennek eredményeként az oldat fagyáspontja alacsonyabb, mint a tiszta oldószeré. Ezt fagypont-depressziónak nevezzük.
A fagyáspont-depresszió meghatározása
A fagyáspont csökkenése egyenesen arányos az oldott anyag molalitásával:
Ebben az egyenletben K
f a moláris fagyáspont depressziós állandója, és m az oldott anyag molalitása. Emlékezik, molalitás az oldott anyag molszáma / kg oldószer. A van't Hoff faktor az i, amely az oldott ionok számára vonatkozik minden oldott oldott molekula esetében. Például NaCl esetében ez 2 lenne.Alapvetően ez azt jelenti, hogy minél több oldott anyag van, annál nagyobb a fagyási hőmérséklet csökkenése.
Fagyáspont depresszió a tiszta oldószer fagyáspontja mínusz a kérdéses oldat fagyáspontja:
Ez lehetővé teszi, hogy megtudja, mi az új fagyáspont a tiszta oldószerhez képest.
Miért hasznos a fagyáspont-depresszió?
A fagyáspont-depresszió valóságos két leggyakoribb alkalmazása a fagyálló és a sós utak télen.
Az etilén-glikol olyan vegyület, amelyet gyakran használnak fagyállóban, mert ha vízhez adják, a víz fagyáspontja csökken. Ez segíthet abban, hogy autója radiátorában ne fagyjon le a víz.
Ha télen sót adnak az úthoz, a jég alacsonyabb hőmérsékleten megolvad, így biztonságosabbá válik, mert nem lesz annyi jég az úton.
Vessen egy pillantást a következő példára, amely megmutatja, hogy a vízhez való só hozzáadása hogyan csökkenti az oldat fagyáspontját.
Mekkora a fagyás hőmérséklete annak az oldatnak, amelyben 100 g NaCl-ot adtak 1 kg vízhez? Más szóval, mi a sós víz fagyáspontja?
Használhatja a következő egyenletet:
A Kf víz esetében 1,86 ° C / m. Ez a szám megtalálható egy táblázatban, például az első hivatkozásban. Mivel a NaCl két ionra disszociál, a van't Hoff faktor 2. Végül ki kell számolnia az oldat molalitását.
Ehhez először meg kell konvertálnia a NaCl grammjait molokká:
Most meg kell osztania a NaCl moljait az oldószer tömegével az molalitás megállapításához:
Ezután bedughatja ezt a következő egyenletbe:
Így:
Mint olyan,
Most a fagyáspont depressziós egyenletével megkeresheti a megoldás új fagyáspontját. (Ne feledje, hogy a tiszta víz fagyáspontja 0 ° C.)
Így:
Így 1 gramm vízhez 100 gramm sót adva a fagyáspont -6,4 ° C-ra csökken.
Tippek
Az oldat fagyáspontja mindig alacsonyabb, mint a tiszta oldószer fagyáspontja. Ez azt jelenti, hogy az oldatot alacsonyabb hőmérsékletre kell hozni, hogy megfagyjon. Ez azt is jelenti, hogy az olvadás alacsonyabb hőmérsékleten történik, mint a tiszta oldószer esetében.