Point de congélation comment le calculer et les exemples

Il point de congélation C'est la température dans laquelle une substance connaît un équilibre de transition liquide-solide. Lorsque vous parlez de substance, cela peut être un composé, un élément pur ou un mélange. Théoriquement, toute la matière se fige à mesure que la température diminue à un zéro absolu (0k).

Cependant, des températures extrêmes ne sont pas nécessaires pour observer la congélation des liquides. Les icebergs sont l'un des exemples les plus évidents de masses d'eau surgelées. De plus, le phénomène peut être surveillé en temps réel à travers des bains d'azote liquide ou en utilisant un simple congélateur.

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Quelle est la différence entre le gel et la solidification? Que le premier processus dépend fortement de la température, de la pureté du liquide, et est un équilibre thermodynamique; Tandis que le second est plus lié aux changements dans la composition chimique de la substance qui se solidifie, même sans être entièrement liquide (une pâte).

Par conséquent, une congélation est une solidification; Mais l'inverse n'est pas toujours vrai. De plus, pour exclure le terme solidification, il doit y avoir une phase liquide en équilibre avec le solide de la même substance; Les icebergs sont conformes à ceci: ils flottent sur de l'eau liquide.

Ainsi, la congélation d'un liquide est confrontée à la congélation d'une phase solide à la suite d'une diminution de la température. La pression influence également cette propriété physique, bien que ses effets soient plus faibles dans les liquides avec des pressions de vapeur faibles.

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Quel est le point de congélation?

Au fur et à mesure que la température descend, l'énergie cinétique moyenne des molécules diminue et, par conséquent, ralentit un peu. Aller plus lentement dans le liquide, il y a un point où ils interagissent suffisamment pour former un arrangement ordonné de molécule; C'est le premier solide, à partir de laquelle des cristaux plus grands grandiront.

Si ce premier solide est trop «bondus», il sera nécessaire de diminuer davantage la température jusqu'à ce que ses molécules restent suffisamment suffisamment. La température à laquelle cela correspond au point de congélation; De là, un équilibre liquide-solide est établi.

Le scénario précédent se produit pour des substances pures; Mais et s'ils ne sont pas?

Dans ce cas, les molécules du premier solide doivent les réparer pour incorporer les molécules étrangères. En conséquence, une impure (ou une solution solide) est formée, qui a besoin d'une température inférieure à celle du point de congélation pour sa formation.

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Il y a alors de parler de Diminution du point de congélation. Bien qu'il y ait plus de molécules étrangères, ou plus correctement les impuretés, le liquide se figera à des températures de plus en plus basse.

CONGUSION VS SOBILITÉ

Étant donné un mélange de deux composés, A et B, lorsque la température descend, elle est congelée, tandis que B reste liquide.

Le scénario est similaire à celui nouvellement expliqué. Une partie de A n'a pas encore congelée et est donc dissoute en b. L'équilibre de la solubilité est-il plus que celui d'un discours de transition liquide-solide alors?

Les deux descriptions sont valides: un précipite ou un gel se séparant de B lorsque la température descend. Tout sera précipité lorsque rien n'est dissous en b; ce qui est la même chose que de dire qu'un complètement gelé.

Cependant, il est plus pratique de traiter le phénomène du point de vue du gel. Ainsi, il est libre d'avoir un point de congélation inférieur, tandis que B aura besoin de températures plus froides.

Cependant, la «glace d'un» consiste vraiment en un solide qui a une composition plus riche de B; Mais b est là aussi. En effet.

Comment le calculer?

Comment prédire ou calculé le point de congélation d'une substance? Il existe des calculs physicochimiques qui permettent une valeur approximative dudit point sous d'autres pressions (autre que 1AATM, pression ambiante).

Cependant, ils coulent dans l'enthalpie de la fusion (Δ_Fus)); Depuis, la fusion est le processus dans la direction opposée au gel.

De plus, il est plus facile de déterminer le point de fusion d'une substance ou d'un mélange que son point de congélation; Bien qu'ils puissent sembler les mêmes, ils montrent certaines différences.

Comme mentionné dans la section précédente: plus la concentration d'impuretés est grande, plus la diminution du point de congélation sera grande. Cela peut également être dit comme suit: plus la fraction molaire x du solide dans le mélange est faible à une température inférieure.

Équation de descente de température

L'équation suivante exprime et résume tout ce qui dit:

Lnx = - (Δ_Fus/ R) (1 / t - 1 / tº) (1)

Où r est la constante des gaz idéaux, qui a une utilisation presque universelle. Tº est le point de congélation normal (à pression ambiante), et t est la température à laquelle le solide sera gelé à une fraction molaire x.

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De cette équation, et après une série de simplifications, ce qui suit est obtenu, mieux connu:

Δtc = k_FM (2)

Où m est la molélité du soluté ou de l'impureté, et k_F C'est la constante cryoscopique du solvant ou du composant liquide.

Exemples

Une brève description de la congélation de certaines substances sera donnée ci-dessous.

Eau

L'eau gèle autour de 0 ° C. Cependant, cette valeur peut diminuer si elle contient un soluté dissous dedans; Pour dire, sel ou sucre.

Selon la quantité de soluté dissous, il existe différentes morales M; Et en augmentant m, diminue x, dont la valeur peut être remplacée dans l'équation (1) et donc effacer t.

Par exemple, si un verre avec de l'eau est introduit dans un congélateur et un autre avec de l'eau sucrée (ou une boisson basée sur l'eau), le verre avec de l'eau se fige d'abord. En effet.

Il en va de même si un verre avec de l'eau de mer était placé dans le congélateur. Maintenant, le verre avec de l'eau de mer peut ou non se congeler d'abord que le verre à l'eau douce; La différence dépendra de la quantité de soluté Et pas sa nature chimique.

C'est pour cette raison que la diminution de TC (température de congélation) est une propriété coligative.

Alcool

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Les alcools gèlent à des températures plus froides que l'eau liquide. Par exemple, l'éthanol gèle autour de -114ºC. S'il est mélangé avec de l'eau et d'autres ingrédients, une augmentation du point de congélation sera au contraire.

Parce que? Parce que l'eau, la substance liquide et la miscible avec de l'alcool, se gèle à une température beaucoup plus élevée (0 ° C).

Revenant au réfrigérateur avec les verres avec de l'eau, si cette fois une avec une boisson alcoolisée est introduite, ce sera le dernier à geler. Plus le degré d'éthyle est grand, le congélateur doit le refroidir encore plus pour congeler la boisson. C'est pour cette raison que les boissons comme la tequila sont plus difficiles à congeler.

Lait

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Le lait est une substance à base d'eau, dans laquelle la graisse est dispersée avec le lactose et les phosphates de calcium, en plus d'autres lipoprotéines.

Ces composants les plus solubles dans l'eau sont ceux qui déterminent combien leur point de congélation variera selon la composition.

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En moyenne, le lait se fige à une température d'environ -0.54ºC, mais oscille entre -0.50 et -0.56 selon le pourcentage d'eau. Ainsi, vous pouvez savoir si le lait a été adultéré. Et comme on peut le voir, un verre avec du lait se figera presque en même temps avec le verre avec de l'eau.

Tous les laits ne gèlent pas à la même température, car leur composition dépend également de sa source d'animaux.

Mercure

Le mercure est le seul métal sous forme liquide à température ambiante. Pour le congeler, il est nécessaire de diminuer la température à -38.83 ° C; Et cette fois, l'idée de la verser dans un verre sera évitée et introduite dans un congélateur, car elle pourrait conduire à des accidents terribles.

Notez que le mercure se fige avant l'alcool. Cela peut être dû au fait que le verre de mercure vibre moins en composé d'atomes liés par des liaisons métalliques; En éthanol, ce sont des molécules de Cho₃Ch₂Oh relativement léger qui doit être lentement hébergé.

De l'essence

De tous les exemples du point de congélation, celui de l'essence est le plus complexe. Comme le lait, c'est un mélange; Mais sa base n'est pas de l'eau, mais un groupe de plusieurs hydrocarbures, chacun avec ses propres caractéristiques structurelles. Certaines de petites molécules et autres grandes.

Les hydrocarbures avec des pressions de vapeur plus faibles se gèlent en premier; Tandis que d'autres resteront à l'état liquide, même si un verre d'essence est entouré d'azote liquide. Une "glace à l'essence" ne sera pas formée correctement, mais un gel avec des tons jaune-vert.

Pour geler complètement l'essence, il peut avoir besoin de refroidir la température jusqu'à -200 ° C. À cette température, il est probable que la glace à l'essence se forme, car tous les composants du mélange auront congelé; c'est-à-dire qu'il n'y aura pas de phase liquide en équilibre avec un solide.

Les références

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