Кожен мав досвід роботи з чимось замороженим. Можливо, ви навіть були свідками того, як на поверхні води повільно утворюється лід, коли температура досить холодна, або спостерігаєте, як лід замінюється водою, коли температура досить тепла.
Різні рідини - вода, спирт, тертя, олія тощо - досвід фазові зміни при різних температурах. Тобто, вода рухається між твердим (замороженим) і рідиною при одній температурі, втираючи спирт при іншій і так само для інших рідин.
Тверде речовина, що стає рідиною, називається плавлення; рідина, яка стає твердим, називається затвердінням або замороження. Розрахувати точки замерзання та плавлення змішаних речовин досить складно, і ви, можливо, навіть зможете протестуйте їх самостійно, тоді як ви можете знайти точки замерзання звичайних речовин в Інтернеті таблиці.
Що таке заморожування та плавлення?
Перш ніж досліджувати явище замерзання, корисно переглянути, що розуміють під фазами та фазовими змінами.
Більшість речовин можуть існувати у вигляді твердої речовини, рідини або газу, якщо температура (а іноді і тиск) є достатньо зміненими. Вода - рідкісна речовина, оскільки вона може існувати як тверда речовина, так і рідина при відносно комфортних температурах люди, досягаючи газового стану при температурі, яка, хоча і небезпечна, не є особливо екстремальною для людини (100 ° C або 212 ° F).
Як уже зазначалося, плавлення - це зміна твердого речовини на рідкий, а заморожування (або затвердіння) - навпаки. Рідина, що стає газом, називається кипіння, яку всі бачили. Протилежний процес відомий як конденсація. Рідко тверда речовина може "пропустити" рідку фазу і стати газом (сублімація), або може статися зворотне (осадження).
Що впливає на точки замерзання та плавлення?
Якщо змішати блакитну та жовту фарби між собою в однакових кількостях, ви отримаєте результат, який виглядає зеленим. Якщо ви використовуєте переважно синій або переважно жовтий, одержуваний колір «нахиляється» до того кольору, який ви використовували більше, і в такій мірі, що масштабується з дисбалансом інгредієнтів.
Точки замерзання сумішей різних рідин або рідин із розчиненими в них твердими речовинами змінюються відповідно до властивостей складових подібно до передбачуваного способу. Вода має відносно високу температуру замерзання для рідини, оскільки водневі зв'язки легше "закріплюються на місці", ніж у, наприклад, етилового спирту (СН2СН3OH), що має точку замерзання –114 ° C або –174 ° F.
Коли речовина розчиняється в рідині, тверда речовина, яка розчиняється, називається розчиненою речовиною, а рідина називається розчинником. Отримана суміш розчинена речовина-рідина називається а рішення. Щоразу, коли розчинник додають до розчинника, температура замерзання розчинника стає нижчою.
Точка замерзання розчину NaCl
Коли кухонна сіль (хлорид натрію) розчиняється у воді, це знижує температуру замерзання у воді. Це пояснює, чому ви бачите, як вантажні автомобілі жваво засолюють дороги в холодному кліматі після зимових опадів: це знижує температуру, при якій вода утворює лід на дорозі.
Крім того, зниження температури замерзання розчинника шляхом додавання розчиненої речовини називається а колігативна властивість, що означає, що кількість молекул, на які розчиняється речовина, розривається, а не її хімічний склад, визначає ступінь зниження точки замерзання. NaCl розпадається на два атоми - іони (заряджені атоми) Na+ та Cl-. Додавання речовини, що дає три «шматочки» на молекулу розчиненої речовини, принизило б температуру замерзання ще більшою кількістю, ніж NaCl.
Калькулятор точки замерзання
Ви можете знайти точки замерзання багатьох звичайних рідин за Цельсієм, Фаренгейтом і Кельвіном за допомогою онлайн-калькулятора. Спробуйте узгодити те, що вам відомо про хімічну структуру простих, з їхніми точками замерзання, щоб побачити, чи можете ви помітити якісь закономірності.