Come calcolare il punto di congelamento

Tutti hanno avuto l'esperienza di avere a che fare con qualcosa di congelato. Forse sei stato anche testimone di osservare il ghiaccio formarsi lentamente sulla superficie dell'acqua quando la temperatura è abbastanza fredda o di osservare il ghiaccio sostituito dall'acqua quando la temperatura è sufficientemente calda.

Diversi liquidi - acqua, alcool, olio da cucina e così via - esperienza cambiamenti di fase a temperature diverse. Cioè, l'acqua si muove tra solido (congelato) e liquido a una temperatura, strofinando l'alcol a un'altra e allo stesso modo per altri liquidi.

Un solido che diventa liquido si chiama fusione; un liquido che diventa solido si chiama solidificazione o congelamento. Calcolare i punti di congelamento e fusione di sostanze miste è complesso e potresti anche essere in grado di provali tu stesso, mentre puoi cercare i punti di congelamento delle sostanze comuni in linea tabelle.

Prima di approfondire il fenomeno del congelamento in particolare, è utile rivedere cosa si intende per fasi e cambiamenti di fase.

La maggior parte delle sostanze può esistere come solido, liquido o gas se la temperatura (e talvolta la pressione) è sufficientemente alterata. L'acqua è una sostanza rara in quanto può esistere sia come solido che come liquido a temperature relativamente comode per comfortable umani, raggiungendo lo stato gassoso a una temperatura che, sebbene pericolosa, non è particolarmente estrema per l'uomo (100 °C o 212 °F).

Come già notato, la fusione è un cambiamento da solido a liquido e il congelamento (o solidificazione) è il contrario. Un liquido che diventa gas si chiama bollente, che tutti hanno visto. Il processo opposto è noto come condensazione. Raramente un solido può "saltare" la fase liquida e diventare un gas (sublimazione), o può verificarsi il contrario (deposizione).

Se mescoli la vernice blu e gialla insieme in quantità uguali, ottieni un risultato che sembra verde. Se usi principalmente blu o principalmente giallo, tuttavia, il colore risultante è "inclinato" verso il colore che hai usato di più e in una misura che si adatta allo squilibrio degli ingredienti.

I punti di congelamento di miscele di liquidi diversi, o di liquidi con solidi disciolti in essi, cambiano in accordo con le proprietà dei costituenti in modo altrettanto prevedibile. L'acqua ha un punto di congelamento relativamente alto per un liquido perché i suoi legami idrogeno si "bloccano in posizione" più facilmente di quelli, ad esempio, dell'alcol etilico (CH₂CH₃OH), che ha un punto di congelamento di -114 °C o -174 °F.

Quando una sostanza viene dissolta in un liquido, il solido che si dissolve è chiamato soluto e il liquido è chiamato solvente. La miscela soluto-liquido risultante è chiamata a soluzione. Ogni volta che il soluto viene aggiunto a un solvente, il punto di congelamento del solvente si abbassa.

Quando il sale da cucina (cloruro di sodio) viene sciolto in acqua, abbassa il punto di congelamento nell'acqua. Questo spiega perché vedi camion impegnati a salare le strade in climi freddi dopo una pioggia invernale: abbassa la temperatura alla quale l'acqua forma il ghiaccio sulla strada.

Inoltre, l'abbassamento del punto di congelamento di un solvente mediante l'aggiunta di soluto è chiamato a proprietà colligativa, il che significa che il numero di molecole in cui il soluto si rompe, non la sua composizione chimica, determina l'entità della depressione del punto di congelamento. NaCl si rompe in due atomi, gli ioni (atomi carichi) Na⁺ e Cl^-. L'aggiunta di una sostanza che produce tre "pezzi" per molecola di soluto ridurrebbe il punto di congelamento di una quantità ancora maggiore di NaCl.

Puoi cercare i punti di congelamento di una serie di liquidi comuni in gradi Celsius, Fahrenheit e Kelvin utilizzando un calcolatore online. Prova a riconciliare ciò che sai sulla struttura chimica di quelli più semplici con i loro punti di congelamento per vedere se riesci a individuare eventuali schemi.