Kai tirpiklis užšąla, to tirpiklio dalelės tampa labiau sutvarkytos. Tarpmolekulinės jėgos, veikiančios šias daleles, tampa „nuolatinės“, nes dalelės dabar yra arčiau viena kitos. Pavyzdžiui, vandeniui sušalus į ledą, vandenilio jungtys, suteikiančios vandeniui daugybę unikalių savybių, daro šešiakampio formos molekulių tinklą, būdingą ledo struktūrai.
Taigi, kas atsitiks, kai į vandenį ar gryną tirpiklį įpilama tirpinio? Pridedant ištirpusios medžiagos, sutrinka tirpiklio molekulių eiliškumas. Tai reiškia, kad norint užšaldyti tirpalą reikia pašalinti daugiau energijos.
Pavyzdžiui, į vandenį įpylus druskos, vandenyje susidarę jonai sutrikdo įprastą vandenilio ryšių tinklą, susidarantį užšalus. Dėl to tirpalo užšalimo temperatūra yra žemesnė nei gryno tirpiklio. Tai vadinama užšalimo taško depresija.
Užšalimo taško depresijos apibrėžimas
Užšalimo temperatūros sumažėjimas yra tiesiogiai proporcingas ištirpusios medžiagos molingumui:
Šioje lygtyje Kf yra molio užšalimo taško slopinimo konstanta, o m - ištirpusios medžiagos molingumas. Prisiminti,
moliškumas yra ištirpusios medžiagos molių skaičius 1 kg tirpiklio. Van't Hoffo faktorius yra i, susijęs su kiekvienoje ištirpusios ištirpusios molekulės tirpale esančių jonų skaičiumi. Pavyzdžiui, NaCl tai būtų 2.Iš esmės tai reiškia, kad kuo daugiau tirpiųjų medžiagų yra, tuo labiau sumažėja užšalimo temperatūra.
Užšalimo taško depresija apibrėžiamas gryno tirpiklio užšalimo temperatūra atėmus atitinkamo tirpalo užšalimo temperatūrą:
Tai leidžia sužinoti, koks yra naujas užšalimo taškas, palyginti su grynu tirpikliu.
Kodėl užšalimo taško depresija yra naudinga?
Dvi labiausiai paplitusios realaus pasaulio užšalimo taško slopinimo priemonės yra antifrizas ir druskingi keliai žiemą.
Etilenglikolis yra junginys, dažnai naudojamas antifrizui, nes jį įpylus į vandenį, sumažėja vandens užšalimo temperatūra. Tai gali padėti užtikrinti, kad jūsų automobilio radiatoriuje vanduo neužšals.
Žiemą į kelią įpylus druskos, žemesnėje temperatūroje ledas ištirps, todėl bus saugiau, nes ant kelio nebus tiek daug ledo.
Pažvelkite į šį pavyzdį, kuris parodo, kaip į vandenį įpylus druskos sumažės tirpalo užšalimo temperatūra.
Kokia yra tirpalo, kuriame į 1 kilogramą vandens buvo pridėta 100 gramų NaCl, užšalimo temperatūra? Kitaip tariant, kokia yra sūraus vandens užšalimo temperatūra?
Galite naudoti šią lygtį:
Kf vandeniui yra 1,86 ° C / m. Šį numerį galima rasti lentelėje, pavyzdžiui, pirmoje nuorodoje. Kadangi NaCl disocijuoja į du jonus, van't Hoff faktorius yra 2. Galiausiai turite apskaičiuoti tirpalo molingumą.
Norėdami tai padaryti, pirmiausia turėsite konvertuoti NaCl gramus į apgamus:
Dabar, norėdami rasti moliškumą, turėsite padalyti NaCl molius iš tirpiklio masės:
Tada galite tai prijungti prie šios lygties:
Taigi:
Kaip toks,
Dabar galite naudoti užšalimo taško slopinimo lygtį, kad rastumėte naują tirpalo užšalimo tašką. (Atminkite, kad gryno vandens užšalimo temperatūra yra 0 ° C.)
Taigi:
Taigi, pridedant 100 gramų druskos į 1 kilogramą vandens, užšalimo temperatūra sumažės iki -6,4 ° C.
Patarimai
Tirpalo užšalimo temperatūra visada yra žemesnė nei gryno tirpiklio užšalimo temperatūra. Tai reiškia, kad tirpalą reikia sušaldyti iki žemesnės temperatūros. Tai taip pat reiškia, kad lydymas vyksta žemesnėje temperatūroje nei gryno tirpiklio.