Коли розчинник замерзає, частинки цього розчинника стають більш упорядкованими. Міжмолекулярні сили, які діють на ці частинки, стають більш "постійними", оскільки частинки тепер ближче. Наприклад, коли вода замерзає до льоду, водневі зв’язки, що надають воді багато її унікальних властивостей, утворюють сітку шестикутної форми, притаманну структурі льоду.
Отже, що відбувається, коли розчинену речовину додають у воду або чистий розчинник? Додавання розчиненої речовини призводить до порушення впорядкування молекул розчинника. Це означає, що з розчину потрібно видалити більше енергії, щоб заморозити його.
Наприклад, при додаванні солі у воду отримані у воді іони порушують звичну мережу водневих зв’язків, що утворюються при заморожуванні. Як результат, температура замерзання розчину нижча, ніж для чистого розчинника. Це називається депресією точки замерзання.
Визначення депресії точки замерзання
Зниження точки замерзання прямо пропорційно молярності розчиненої речовини:
У цьому рівнянні Kf - константа депресії точки замерзання моляльної речовини, а m - молярність розчиненої речовини. Пам’ятай,
молальність - кількість молей розчиненої речовини на кг розчинника. Коефіцієнт Вантно Гоффа - це i, яке стосується кількості іонів у розчині для кожної розчиненої молекули розчиненої речовини. Наприклад, це буде 2 для NaCl.В основному це означає, що чим більше розчиненої речовини, тим більше знижується температура замерзання.
Депресія точки замерзання визначається температурою замерзання чистого розчинника за мінусом точки замерзання відповідного розчину:
Це дозволяє визначити, яка нова температура замерзання порівняна з чистим розчинником.
Чому корисна депресія точки замерзання?
Двома найпоширенішими застосуваннями зниження температури замерзання в реальному світі є антифриз та засолення доріг взимку.
Етиленгліколь - це сполука, яка часто використовується в антифризі, оскільки при додаванні у воду температура замерзання води зменшується. Це може гарантувати, що вода в радіаторі вашого автомобіля не замерзне.
Коли взимку на дорогу додають сіль, лід тане при нижчій температурі, що робить його безпечнішим, оскільки на дорозі не буде стільки льоду.
Погляньте на наступний приклад, який показує, як додавання солі у воду призведе до зменшення точки замерзання розчину.
Яка температура замерзання розчину, в який до 1 кілограма води додано 100 грамів NaCl? Іншими словами, яка точка замерзання солоної води?
Ви можете використати таке рівняння:
Kf для води 1,86 ° C / м. Цей номер можна знайти в такій таблиці, як та, що міститься в першому посиланні. Оскільки NaCl дисоціює на два іони, коефіцієнт Вантно-Гоффа дорівнює 2. Нарешті, потрібно розрахувати молярність розчину.
Для цього спочатку потрібно перетворити грами NaCl у молі:
Тепер вам потрібно буде розділити молі NaCl на масу розчинника, щоб знайти молярність:
Далі ви можете підключити це до наступного рівняння:
Так:
Як такий,
Тепер ви можете використовувати рівняння депресії точки замерзання, щоб знайти нову точку замерзання розчину. (Пам’ятайте, що точка замерзання чистої води дорівнює 0 ° C.)
Так:
Таким чином, додавання 100 грамів солі на 1 кілограм води зменшило б температуру замерзання до -6,4 ° C.
Поради
Точка замерзання розчину завжди менша за точку замерзання чистого розчинника. Це означає, що розчин потрібно довести до нижчої температури, щоб він замерз. Це також означає, що плавлення відбувається при нижчій температурі, ніж для чистого розчинника.