Hoe het vriespunt te berekenen

Iedereen heeft wel eens te maken gehad met iets dat bevroren is. Misschien bent u er zelfs getuige van geweest hoe ijs zich langzaam op het wateroppervlak vormt als de temperatuur koud genoeg is of hoe ijs wordt vervangen door water wanneer de temperatuur voldoende warm is.

Verschillende vloeistoffen - water, ontsmettingsalcohol, bakolie enzovoort - ervaring faseveranderingen bij verschillende temperaturen. Dat wil zeggen, water beweegt tussen vast (bevroren) en vloeibaar bij de ene temperatuur, ontsmettingsalcohol bij een andere en op dezelfde manier voor andere vloeistoffen.

Een vaste stof die vloeibaar wordt, heet smeltend; een vloeistof die een vaste stof wordt, wordt stolling genoemd of bevriezen. Het berekenen van vries- en smeltpunten van gemengde stoffen is ingewikkeld, en misschien kunt u zelfs: test ze zelf, terwijl je de vriespunten van veelvoorkomende stoffen online kunt opzoeken tafels.

Alvorens in te gaan op het fenomeen bevriezing in het bijzonder, is het nuttig om na te gaan wat wordt bedoeld met fasen en faseveranderingen.

De meeste stoffen kunnen bestaan ​​als een vaste stof, een vloeistof of een gas als de temperatuur (en soms de druk) voldoende wordt gewijzigd. Water is een zeldzame stof omdat het zowel vast als vloeibaar kan bestaan ​​bij temperaturen die relatief comfortabel zijn voor mensen, terwijl ze de gastoestand bereiken bij een temperatuur die, hoewel gevaarlijk, niet bijzonder extreem is voor mensen (100 °C of 212 °F).

Zoals reeds opgemerkt, is smelten een verandering van vast naar vloeibaar en bevriezen (of stollen) is het omgekeerde. Een vloeistof die een gas wordt, heet kokend, die iedereen heeft gezien. Het tegenovergestelde proces staat bekend als: condensatie. Zelden kan een vaste stof de vloeibare fase "overslaan" en een gas worden (sublimatie), of het omgekeerde kan voorkomen (afzetting).

Als je blauwe en gele verf in gelijke hoeveelheden met elkaar mengt, krijg je een resultaat dat er groen uitziet. Als je echter voornamelijk blauw of vooral geel gebruikt, wordt de resulterende kleur "gekanteld" naar de kleur die je meer hebt gebruikt en in een mate die schaalt met de onbalans van ingrediënten.

De vriespunten van mengsels van verschillende vloeistoffen, of van vloeistoffen met daarin opgeloste vaste stoffen, veranderen op een even voorspelbare manier in overeenstemming met de eigenschappen van de bestanddelen. Water heeft een relatief hoog vriespunt voor een vloeistof omdat de waterstofbruggen gemakkelijker "op hun plaats blijven" dan die van bijvoorbeeld ethylalcohol (CH₂CH₃OH), die een vriespunt heeft van –114 °C of –174 °F.

Wanneer een stof in vloeistof wordt opgelost, wordt de vaste stof die oplost een opgeloste stof genoemd en vloeistof een oplosmiddel. Het resulterende mengsel van opgeloste stof en vloeistof wordt a. genoemd oplossing. Telkens wanneer opgeloste stof aan een oplosmiddel wordt toegevoegd, wordt het vriespunt van het oplosmiddel lager.

Wanneer keukenzout (natriumchloride) in water wordt opgelost, verlaagt het het vriespunt in water. Dit verklaart waarom je vrachtwagens in koude klimaten druk ziet strooien op de wegen na een winterse regenbui: het verlaagt de temperatuur waarbij water ijs vormt op de weg.

Ook wordt het verlagen van het vriespunt van een oplosmiddel door het toevoegen van opgeloste stof a. genoemd colligatief eigendom, wat betekent dat het aantal moleculen waarin de opgeloste stof breekt, niet de chemische samenstelling, de omvang van de vriespuntverlaging bepaalt. NaCl breekt in twee atomen, de ionen (geladen atomen) Na⁺ en Cl^-. De toevoeging van een stof die drie "stukjes" per opgelost molecuul oplevert, zou het vriespunt met een nog grotere hoeveelheid verlagen dan NaCl.

Met een online rekenmachine kunt u de vriespunten van een groot aantal veelvoorkomende vloeistoffen in Celsius, Fahrenheit en Kelvin opzoeken. Probeer wat je weet over de chemische structuur van de eenvoudigere te verzoenen met hun vriespunten om te zien of je patronen kunt ontdekken.