נקודת הקפאה של מים בהשוואה לפתרון מלח

כאשר ממס קופא, החלקיקים של הממיס מסודרים יותר. הכוחות הבין מולקולריים הפועלים על חלקיקים אלה הופכים ל"קבועים "יותר מכיוון שהחלקיקים קרובים זה לזה. לדוגמא, כאשר מים קופאים לקרח, קשרי המימן שמעניקים למים רבים מהתכונות הייחודיות שלהם הופכים רשת בצורת משושה של מולקולות הטמונות במבנה הקרח.

אז מה קורה כאשר מוסיפים מומס למים או לממס טהור? תוספת המומס מביאה לשיבוש בסדר מולקולות הממס. המשמעות היא שיש להסיר יותר אנרגיה מהפתרון על מנת להקפיא אותו.

לדוגמא, כאשר מוסיפים מלח למים, היונים הנוצרים במים משבשים את הרשת המקובלת של קשרי מימן שנוצרים עם הקפאתם. כתוצאה מכך, נקודת הקפאה של התמיסה נמוכה מזו של הממיס הטהור. זה נקרא דיכאון בנקודת הקפאה.

הירידה בנקודת הקפאה פרופורציונלית ישירות למוליות המומס:

במשוואה זו, K_f הוא דיכאון נקודת הקפאה מולרית קבוע, ו- m הוא המוליות של המומס. זכור, מולליות הוא מספר שומות המומס לק"ג ממס. גורם van't Hoff הוא i המתייחס למספר היונים בתמיסה לכל מולקולה מומסת של מומס. לדוגמא, זה יהיה 2 עבור NaCl.

בעיקרון, פירוש הדבר שככל שיש יותר מומס, כך הירידה בטמפרטורת הקפיאה גדולה יותר.

דיכאון בנקודת הקפאה מוגדר על ידי נקודת הקפאה של ממס טהור פחות נקודת הקפאה של התמיסה המדוברת:

זה מאפשר לך למצוא מהי נקודת הקפאה החדשה בהשוואה לממיס הטהור.

שני היישומים הנפוצים ביותר בעולם האמיתי של דיכאון בנקודות הקפאה הם נוזל לרדיאטור והמלחה בחורף.

אתילן גליקול הוא תרכובת המשמשת לעיתים קרובות נגד נוזל לרדיאטור מכיוון שכאשר מוסיפים אותה למים נקודת הקפאה של המים פוחתת. זה יכול להבטיח שהמים ברדיאטור של המכונית שלך לא יקפאו.

כאשר מוסיפים מלח לכביש בחורף, קרח ימס בטמפרטורה נמוכה יותר, וכך יהפוך אותו לבטוח יותר מכיוון שלא יהיה הרבה קרח על הכביש.

התבונן בדוגמה הבאה, שמראה כיצד תוספת מלח למים תביא לירידה בנקודת הקפאה של התמיסה.

מהי טמפרטורת ההקפאה של תמיסה שבה נוספו 100 גרם NaCl לקילו אחד של מים? במילים אחרות, מהי נקודת הקפאה של מי מלח?

אתה יכול להשתמש במשוואה הבאה:

ה- K_f עבור מים הוא 1.86 ° C / מ '. מספר זה ניתן למצוא בטבלה כמו זו בהפניה הראשונה. מכיוון ש- NaCl מתנתק לשני יונים, גורם ה- van't Hoff הוא 2. לבסוף, עליכם לחשב את המוליות של הפתרון.

לשם כך תצטרך להמיר תחילה את גרם NaCl לשומות:

כעת תצטרך לחלק את שומות NaCl במסת הממיס כדי למצוא את המוליות:

לאחר מכן, תוכל לחבר זאת למשוואה הבאה:

כך:

ככזה,

כעת תוכלו להשתמש במשוואת דיכאון בנקודת הקפאה כדי למצוא את נקודת הקפאה החדשה של הפתרון. (זכרו, נקודת הקפאה של מים טהורים היא 0 מעלות צלזיוס).

כך:

לפיכך, הוספת 100 גרם מלח לקילו אחד של מים תפחית את נקודת הקפיאה ל -6.4 מעלות צלזיוס.

• נקודת הקפאה של תמיסה היא תמיד פחות מנקודת הקפאה של הממס הטהור. המשמעות היא שיש להביא את התמיסה לטמפרטורה נמוכה יותר על מנת שהוא יקפא. זה גם אומר שההתכה מתרחשת בטמפרטורה נמוכה יותר מאשר בממיס הטהור.