Когда растворитель замерзает, частицы этого растворителя становятся более упорядоченными. Межмолекулярные силы, действующие на эти частицы, становятся более «постоянными», поскольку частицы теперь ближе друг к другу. Например, когда вода превращается в лед, водородные связи, которые придают воде многие ее уникальные свойства, образуют гексагональную сеть молекул, присущую структуре льда.
Так что же происходит, когда растворенное вещество добавляется к воде или чистому растворителю? Добавление растворенного вещества приводит к нарушению порядка молекул растворителя. Это означает, что из раствора необходимо отобрать больше энергии, чтобы заморозить его.
Например, когда соль добавляется в воду, образующиеся в воде ионы разрушают обычную сеть водородных связей, образующихся при замерзании. В результате температура замерзания раствора ниже, чем у чистого растворителя. Это называется понижением точки замерзания.
Определение депрессии точки замерзания
Снижение точки замерзания прямо пропорционально моляльности растворенного вещества:
В этом уравнении Kж - молярная константа понижения точки замерзания, m - молярность растворенного вещества. Помнить, моляльность - количество молей растворенного вещества на кг растворителя. Фактор Вант-Гоффа - это i, который относится к количеству ионов в растворе для каждой растворенной молекулы растворенного вещества. Например, для NaCl это будет 2.
По сути, это означает, что чем больше растворенного вещества, тем сильнее понижается температура замерзания.
Понижение точки замерзания определяется точкой замерзания чистого растворителя за вычетом точки замерзания рассматриваемого раствора:
Это позволяет определить новую точку замерзания по сравнению с чистым растворителем.
Чем полезна депрессия точки замерзания?
Два наиболее распространенных применения понижения точки замерзания в реальном мире - это антифриз и засолка дорог зимой.
Этиленгликоль - это соединение, которое часто используется в антифризах, потому что, когда его добавляют в воду, температура замерзания воды снижается. Это поможет предотвратить замерзание воды в радиаторе вашего автомобиля.
Когда зимой на дорогу добавляют соль, лед тает при более низкой температуре, что делает его более безопасным, потому что на дороге не будет так много льда.
Взгляните на следующий пример, который показывает, как добавление соли в воду приводит к снижению точки замерзания раствора.
Какова температура замерзания раствора, в котором 100 граммов NaCl добавлены к 1 килограмму воды? Другими словами, какова точка замерзания соленой воды?
Вы можете использовать следующее уравнение:
Kж для воды 1,86 ° С / м. Этот номер можно найти в таблице, например, в первой ссылке. Поскольку NaCl диссоциирует на два иона, фактор Вант-Гоффа равен 2. Наконец, нужно рассчитать моляльность раствора.
Для этого вам сначала нужно преобразовать граммы NaCl в моль:
Теперь вам нужно разделить моли NaCl на массу растворителя, чтобы найти моляльность:
Затем вы можете подставить это в следующее уравнение:
Так:
Как таковой,
Теперь вы можете использовать уравнение депрессии точки замерзания, чтобы найти новую точку замерзания раствора. (Помните, что температура замерзания чистой воды составляет 0 ° C.)
Так:
Таким образом, добавление 100 граммов соли к 1 килограмму воды снизит точку замерзания до -6,4 ° C.
Советы
Температура замерзания раствора всегда ниже точки замерзания чистого растворителя. Это означает, что раствор необходимо довести до более низкой температуры, чтобы он замерз. Это также означает, что плавление происходит при более низкой температуре, чем у чистого растворителя.