Ponto de congelamento como calculá -lo e exemplos

Ele ponto de congelamento É a temperatura em que uma substância experimenta um equilíbrio de transição líquido-sólido. Ao falar sobre substância, isso pode ser um elemento composto, puro ou uma mistura. Teoricamente, toda a matéria congela à medida que a temperatura diminui para zero absoluto (0k).

No entanto, não são necessárias temperaturas extremas para observar o congelamento de líquidos. Icebergs são um dos exemplos mais óbvios de massas de água congelada. Além disso, o fenômeno pode ser monitorado em tempo real através de banhos de nitrogênio líquido ou usando um freezer simples.

Fonte: pxhere

Qual é a diferença entre congelamento e solidificação? Que o primeiro processo depende da temperatura, da pureza do líquido e é um equilíbrio termodinâmico; Enquanto o segundo está mais relacionado a mudanças na composição química da substância que solidifica, mesmo sem serem totalmente líquidos (uma pasta).

Portanto, um congelamento é uma solidificação; Mas o oposto nem sempre é verdadeiro. Além disso, para descartar o termo solidificação, deve haver uma fase líquida em equilíbrio com o sólido da mesma substância; Icebergs em conformidade com isso: eles flutuam em água líquida.

Assim, o congelamento de um líquido está enfrentando o congelamento de uma fase sólida como resultado de uma diminuição da temperatura. A pressão também influencia essa propriedade física, embora seus efeitos sejam mais baixos em líquidos com baixas pressões de vapor.

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Qual é o ponto de congelamento?

À medida que a temperatura desce, a energia cinética média das moléculas diminui e, portanto, diminui um pouco. Indo mais devagar no líquido, há um ponto em que eles interagem o suficiente para formar um arranjo ordenado de molécula; Este é o primeiro sólido, do qual os cristais maiores crescerão.

Se esse primeiro sólido for "oscilante" demais, será necessário diminuir ainda mais a temperatura até que suas moléculas permaneçam suficientemente suficientes. A temperatura na qual isso corresponde ao ponto de congelamento; A partir daí, o equilíbrio líquido-sólido é estabelecido.

O cenário anterior ocorre para substâncias puras; Mas e se eles não forem?

Nesse caso, as moléculas do primeiro sólido devem consertá -las para incorporar as moléculas estranhas. Como resultado, é formada uma impura (ou solução sólida), que precisa de uma temperatura mais baixa do que a do ponto de congelamento para sua formação.

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Fala -se sobre Diminuição do ponto de congelamento. Embora existam mais moléculas estranhas, ou mais corretamente, impurezas, o fluido congelará em temperaturas cada vez mais baixas.

Congelamento vs solubilidade

Dada uma mistura de dois compostos, A e B, quando a temperatura desce, é congelada, enquanto B permanece líquido.

O cenário é semelhante ao recém -explicado. Uma parte de A ainda não congelou e, portanto, é dissolvida em B. É o equilíbrio da solubilidade mais do que o de uma conversa de transição líquida-sólida então?

Ambas as descrições são válidas: A precipitados ou congelamento se separando de B quando a temperatura desce. Tudo será precipitado quando nada for dissolvido em B; que é o mesmo que dizer que um completamente congelado.

No entanto, é mais conveniente tratar o fenômeno do ponto de vista do congelamento. Assim, é livre para ter um ponto de congelamento mais baixo, enquanto B precisará de temperaturas mais frias.

No entanto, o "gelo de A" realmente consiste em um sólido que tem uma composição mais rica de B; Mas B também está lá. Isso ocorre porque A + B é uma mistura homogênea e, portanto, parte dessa homogeneidade é transferida para o sólido congelado.

Como calcular?

Como o ponto de congelamento de uma substância pode ser previsto ou calculado? Existem cálculos físico -químicos que permitem um valor aproximado do referido ponto sob outras pressões (exceto 1AATM, pressão ambiente).

No entanto, eles fluem para a entalpia da fusão (δ_Fus); Desde então, a fusão é o processo na direção oposta de congelar.

Além disso, é mais fácil determinar o ponto de fusão de uma substância ou mistura do que seu ponto de congelamento; Embora possam parecer iguais, eles mostram certas diferenças.

Como mencionado na seção anterior: quanto maior a concentração de impurezas, maior a diminuição do ponto de congelamento será. Isso também pode ser dito da seguinte maneira: quanto menor a fração molar x do sólido na mistura, ele congelará a uma temperatura mais baixa.

Equação de descida de temperatura

A equação a seguir expressa e resume tudo dito:

Lnx = -(δ_Fus/R) (1/t - 1/tº) (1)

Onde r é a constante dos gases ideais, que tem um uso quase universal. Tº é o ponto de congelamento normal (à pressão ambiente) e T é a temperatura na qual o sólido será congelado a uma fração molar x.

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A partir desta equação, e após uma série de simplificações, é obtido o seguinte, mais conhecido:

ΔTC = K_FM (2)

Onde m é a molalidade do soluto ou impureza, e k_F É a constante crioscópica do solvente ou componente líquido.

Exemplos

Uma breve descrição do congelamento de algumas substâncias será dada abaixo.

Água

A água congela em torno de 0ºC. No entanto, esse valor pode diminuir se contiver um soluto dissolvido nele; Para dizer, sal ou açúcar.

Dependendo da quantidade de soluto dissolvido, existem diferentes moralidades m; E aumentando m, diminui x, cujo valor pode ser substituído na equação (1) e, portanto, claro t.

Por exemplo, se um copo com água for introduzido em um freezer e outro com água doce (ou qualquer bebida à base de água), o vidro com água irá congelar primeiro. Isso ocorre porque seus cristais são formados mais rapidamente sem a perturbação de moléculas de glicose, íons ou outras espécies.

O mesmo aconteceria se um copo com água do mar fosse colocado no freezer. Agora, o vidro com água do mar pode ou não congelar primeiro do que o vidro com água doce; A diferença dependerá da quantidade de soluto e não sua natureza química.

É por esse motivo que a diminuição do TC (temperatura de congelamento) é uma propriedade coligativa.

Álcool

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Os álcoois congelam a temperaturas mais frias do que a água líquida. Por exemplo, o etanol congela em torno de -114ºC. Se misturado com água e outros ingredientes, um aumento no ponto de congelamento será pelo contrário.

Porque? Porque água, substância líquida e miscível com álcool, congela a uma temperatura muito mais alta (0ºC).

Voltando à geladeira com os óculos com água, se desta vez com uma bebida alcoólica for introduzida, este será o último a congelar. Quanto maior o grau de etila, o freezer deve esfriá -lo ainda mais para congelar a bebida. É por esse motivo que bebidas como tequila são mais difíceis de congelar.

Leite

Fonte: Pixabay

O leite é uma substância à base de água, na qual a gordura é dispersa junto com os fosfatos de lactose e cálcio, além de outras lipoproteínas.

Os componentes mais solúveis da água são aqueles que determinam quanto seu ponto de congelamento variará com a composição.

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Em média, o leite está congelando a uma temperatura em torno de -0.54ºC, mas oscila entre -0.50 e -0.56 Dependendo da porcentagem de água. Assim, você pode saber se o leite foi adulterado. E como pode ser visto, um copo com leite congelará quase ao mesmo tempo com o vidro com água.

Nem todos os leites congelam na mesma temperatura, porque sua composição também depende de sua fonte animal.

Mercúrio

Mercúrio é o único metal que está em forma líquida à temperatura ambiente. Para congelá -lo, é necessário diminuir a temperatura para -38.83ºC; E desta vez a idéia de derramá -lo em um copo será evitada e introduzida em um freezer, pois pode levar a terríveis acidentes.

Observe que Mercúrio congela antes do álcool. Isso pode ocorrer porque o vidro de mercúrio vibra menos, consistindo em átomos ligados por elos de metal; Enquanto estão em etanol, eles são moléculas de CHO₃CH₂Oh relativamente leve que deve ser acomodado lentamente.

Gasolina

De todos os exemplos do ponto de congelamento, o da gasolina é o mais complexo. Como o leite, é uma mistura; Mas sua base não é água, mas um grupo de vários hidrocarbonetos, cada um com suas próprias características estruturais. Algumas de pequenas moléculas e outros grandes.

Os hidrocarbonetos com pressões de vapor mais baixas congelarão primeiro; Enquanto outros permanecerão em estado líquido, mesmo que um copo de gasolina seja cercado por nitrogênio líquido. Um "gelo a gasolina" não será formado corretamente, mas um gel com tons de verde-amarelo.

Para congelar completamente a gasolina, pode precisar esfriar a temperatura de até -200ºC. Nesta temperatura, é provável que o gelo a gasolina seja formado, uma vez que todos os componentes da mistura tenham congelado; isto é, não haverá fase líquida em equilíbrio com um sólido.

Referências

1. Departamento de Física, Universidade de Ilinois em Urbana-Champaign. (2018). Perguntas e respostas: congelamento de gasolina. Recuperado de: van.Física.Illinois.Edu
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