Keď rozpúšťadlo zamrzne, častice tohto rozpúšťadla sa usporiadajú. Medzimolekulové sily, ktoré pôsobia na tieto častice, sa stávajú „trvalejšími“, pretože častice sú teraz bližšie pri sebe. Napríklad, keď voda zamrzne v ľade, vodíkové väzby, ktoré dávajú vode veľa jej jedinečných vlastností, vytvárajú hexagonálne tvarovanú sieť molekúl, ktorá je vlastná štruktúre ľadu.
Čo sa teda stane, keď sa rozpustená látka pridá do vody alebo čistého rozpúšťadla? Pridanie rozpustenej látky vedie k narušeniu usporiadania molekúl rozpúšťadla. To znamená, že aby sa roztok zmrazil, musí sa z neho odstrániť viac energie.
Napríklad, keď sa pridá soľ do vody, výsledné ióny vo vode narušia obvyklú sieť vodíkových väzieb vytvorených pri zmrazení. Vo výsledku je bod tuhnutia roztoku nižší ako v prípade čistého rozpúšťadla. Toto sa nazýva depresia bodu mrazu.
Definovanie depresie bodu mrazu
Pokles bodu tuhnutia je priamo úmerný molalite rozpustenej látky:
V tejto rovnici K.f je molárna konštanta depresie bodu mrazu m a m je molalita rozpustenej látky. Pamätaj,
molalita je počet mólov rozpustenej látky na kg rozpúšťadla. Van't Hoffov faktor je i, ktorý sa týka počtu iónov v roztoku pre každú rozpustenú molekulu rozpustenej látky. Napríklad by to bolo 2 pre NaCl.V zásade to znamená, že čím je viac rozpustených látok, tým väčší je pokles teploty tuhnutia.
Depresia bodu mrazu je definované bodom tuhnutia čistého rozpúšťadla mínus bod tuhnutia príslušného roztoku:
To vám umožní zistiť, aký je nový bod tuhnutia v porovnaní s čistým rozpúšťadlom.
Prečo je depresia bodu mrazu užitočná?
Dve najbežnejšie aplikácie depresie bodu mrazu v reálnom svete sú nemrznúce a v zime soliace cesty.
Etylénglykol je zlúčenina často používaná v nemrznúcej zmesi, pretože keď sa pridá do vody, bod tuhnutia vody klesá. To môže pomôcť zabezpečiť, aby voda v chladiči vášho automobilu nezamrzla.
Keď v zime pridáte na vozovku soľ, ľad sa bude topiť pri nižšej teplote, a bude tak bezpečnejší, pretože na vozovke nebude toľko ľadu.
Zoznámte sa s nasledujúcim príkladom, ktorý ukazuje, ako pridanie soli do vody povedie k zníženiu bodu tuhnutia roztoku.
Aká je teplota tuhnutia roztoku, v ktorom sa do 1 kilogramu vody pridalo 100 gramov NaCl? Inými slovami, aký je bod mrazu slanej vody?
Môžete použiť nasledujúcu rovnicu:
Kf pre vodu je 1,86 ° C / m. Toto číslo možno nájsť v tabuľke, ako je tabuľka v prvom odkaze. Pretože NaCl disociuje na dva ióny, van't Hoffov faktor je 2. Nakoniec musíte vypočítať molalitu roztoku.
Najprv musíte previesť gramy NaCl na móly:
Teraz budete musieť rozdeliť móly NaCl hmotnosťou rozpúšťadla, aby ste našli molalitu:
Ďalej to môžete zapojiť do nasledujúcej rovnice:
Takže:
Ako taký,
Teraz môžete pomocou rovnice depresie bodu mrazu nájsť nový bod mrazu riešenia. (Pamätajte, že bod mrazu čistej vody je 0 ° C.)
Takže:
Pridaním 100 gramov soli do 1 kilogramu vody by sa tak znížil bod mrazu na -6,4 ° C.
Tipy
Teplota tuhnutia roztoku je vždy nižšia ako teplota tuhnutia čistého rozpúšťadla. To znamená, že roztok musí byť zohriaty na nižšiu teplotu, aby zamrzol. To tiež znamená, že topenie prebieha pri nižšej teplote ako pri čistom rozpúšťadle.
