อะไรทำให้เกิดจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่า?

การเปลี่ยนแปลงสองประเภท หนึ่งทางเคมีและหนึ่งทางกายภาพ สามารถส่งผลต่อจุดเยือกแข็งของสารได้ คุณสามารถลดจุดเยือกแข็งของของเหลวบางชนิดได้โดยผสมสารที่ละลายน้ำได้ที่สองเข้าไป นี่คือวิธีที่เกลือในท้องถนนป้องกันไม่ให้น้ำที่หลอมละลายกลับมาแข็งตัวในอุณหภูมิที่เย็นจัด วิธีการทางกายภาพ การเปลี่ยนความดัน สามารถลดจุดเยือกแข็งของของเหลวได้ นอกจากนี้ยังสามารถผลิตสารในรูปแบบของแข็งที่ผิดปกติซึ่งมองไม่เห็นที่ความดันบรรยากาศปกติ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

สารป้องกันการแข็งตัวช่วยลดจุดเยือกแข็งของน้ำ ทำให้ของเหลวเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ทั้งน้ำตาลและเกลือจะทำสิ่งนี้เช่นกัน แม้ว่าจะน้อยกว่าก็ตาม

แรงไฟฟ้าระหว่างโมเลกุลเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิที่สารแข็งตัวและเดือด ยิ่งมีแรงมาก อุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้น โลหะหลายชนิดถูกผูกมัดด้วยแรงที่แข็งแกร่ง จุดหลอมเหลวของเหล็กคือ 1,535 องศาเซลเซียส (2,797 องศาฟาเรนไฮต์) แรงระหว่างโมเลกุลของน้ำนั้นอ่อนแอกว่ามาก น้ำค้างที่ศูนย์องศาเซลเซียส (32 องศาฟาเรนไฮต์) ส่วนผสมของตัวทำละลายและความแปรผันของแรงดันช่วยลดแรงระหว่างโมเลกุล ทำให้จุดเยือกแข็งของของเหลวลดลง

การผสมของเหลวหนึ่งกับสารที่เข้ากันได้อีกชนิดหนึ่งจะทำให้จุดเยือกแข็งของของเหลวลดลง สารต้องเข้ากันได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการผสมอย่างสมบูรณ์ น้ำมันและน้ำ เช่น แยกออกจากกันและจะไม่เปลี่ยนจุดเยือกแข็ง ส่วนผสมของเกลือแกงและน้ำมีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่า เช่นเดียวกับส่วนผสมของน้ำกับแอลกอฮอล์ นักเคมีสามารถทำนายความแตกต่างของอุณหภูมิจุดเยือกแข็งได้โดยใช้สูตรที่คำนึงถึงปริมาณของสารที่เกี่ยวข้องและค่าคงที่ที่เกี่ยวข้องกับสารที่สอง ตัวอย่างเช่น หากคุณคำนวณน้ำและโซเดียมคลอไรด์ และผลลัพธ์คือ -2 นั่นหมายความว่าจุดเยือกแข็งของส่วนผสมต่ำกว่าน้ำบริสุทธิ์ 2 องศาเซลเซียส (3.6 องศาฟาเรนไฮต์)

การเปลี่ยนแปลงความดันสามารถเพิ่มหรือลดจุดเยือกแข็งของสารได้ โดยทั่วไป ความดันที่ต่ำกว่า 1 บรรยากาศจะทำให้อุณหภูมิของสารแข็งตัวลดลง แต่สำหรับน้ำ ความดันที่สูงกว่าจะทำให้จุดเยือกแข็งต่ำกว่า แรงจากความดันจะเปลี่ยนรูปเป็นแรงระดับโมเลกุลที่เล่นอยู่ในสาร สำหรับน้ำที่ความดันต่ำ ไอน้ำจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งโดยตรงโดยไม่กลายเป็นของเหลว

น้ำมีสถานะของแข็งหลายช่วง แต่ละช่วงสังเกตที่ความดันต่างกัน น้ำแข็งมาตรฐาน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "น้ำแข็ง I" อยู่ที่ความดันบรรยากาศและมีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมที่มีลักษณะเฉพาะ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าลบ 80 องศาเซลเซียส (ลบ 112 องศาฟาเรนไฮต์) ผลึกน้ำแข็งลูกบาศก์สามารถก่อตัวขึ้นจากไอที่ความดัน 1 บรรยากาศ ที่ความดันสูง น้ำแข็งชนิดต่าง ๆ จะก่อตัวขึ้น นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าเป็น Ice II ถึง Ice XV น้ำแข็งรูปแบบเหล่านี้สามารถคงสภาพเป็นของแข็งได้ที่อุณหภูมิเกิน 100 องศาเซลเซียส (212 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งเป็นจุดเดือดของน้ำที่ 1 บรรยากาศของความดัน