Κατάθλιψη σημείου παγώματος

Οι συλλογικές ιδιότητες είναι εκείνες οι ιδιότητες οποιουδήποτε διαλύματος που δεν εξαρτώνται από τη φύση της διαλυμένης ουσίας αλλά μόνο από έναν συνολικό αριθμό σωματιδίων διαλυμένης ουσίας. Colligative είναι ένας όρος που προέρχεται από το coligare, που είναι μια λατινική λέξη. Η έννοια του coligare είναι να δεσμεύονται μεταξύ τους. Θα προσδιορίσουμε τη μοριακή μάζα από τις συλλογικές ιδιότητες. Μια τέτοια συλλογική ιδιότητα είναι η κατάθλιψη σημείου πήξης. Σύμφωνα με το νόμο του Raoult, όταν σε έναν διαλύτη προστίθεται ένα μη πτητικό στερεό, η τάση ατμών του μειώνεται. Μετά από αυτό, θα ήταν ίσο με αυτόν τον στερεό διαλύτη σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Επομένως, η διαφορά μεταξύ του σημείου πήξης του καθαρού διαλύτη και της διάλυσής του είναι γνωστή ως η κατάθλιψη στο σημείο πήξης.

Κατάθλιψη στο σημείο πήξης

Η κατάθλιψη του σημείου πήξης είναι μια συλλογική ιδιότητα λόγω της προσθήκης μορίων διαλυμένης ουσίας σε οποιονδήποτε διαλύτη. Έτσι, για να είμαστε πολύ ακριβείς, η πτώση του σημείου πήξης είναι ένας όρος που αναφέρεται στη μείωση του σημείου πήξης των διαλυτών λόγω της προσθήκης μορίων διαλυμένης ουσίας σε αυτό. Λόγω της μείωσης της θερμοκρασίας, μια ουσία αρχίζει να παγώνει και οι διαμοριακές της δυνάμεις κυριαρχούν, διατάσσονται σε ένα σχέδιο και τελικά μετατρέπονται σε στερεό. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα για να κατανοήσουμε καλύτερα όταν διατηρούμε το νερό για να κρυώσει εάν η θερμοκρασία είναι κάτω από το σημείο πήξης του νερού - ο δεσμός υδρογόνου αρχίζει να κολλάει περισσότερο και έτσι καταλήγει στον τύπο για την κατάθλιψη του σημείου πήξης:

△Tf  =i  x Kf x m

Εδώ, 

△ Tf σημαίνει πτώση του σημείου πήξης,

i  σημαίνει Van’t Hoff Factor,

Το Kf σημαίνει κρυοσκοπική σταθερά και,

Το m αντιπροσωπεύει μοριακότητα.

Σε όλες τις περιπτώσεις, η διαλυμένη ουσία είναι το υλικό που έχει προστεθεί ή υπάρχει σε μικρότερες ποσότητες, ενώ ο διαλύτης είναι το αρχικό συστατικό που υπάρχει σε μεγαλύτερες ποσότητες. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία σημείου πήξης ενός μικτού διαλύματος ή ενός συνδυασμού στερεού-στερεού είναι χαμηλότερη από εκείνη ενός καθαρού διαλύτη ή στερεού. Επιπλέον, ο διαλύτης του μείγματος έχει χαμηλότερο χημικό δυναμικό από τον καθαρό διαλύτη, το οποίο είναι ανάλογο με το μοριακό κλάσμα.

Ένα συγκρίσιμο φαινόμενο συμβαίνει όταν το χημικό δυναμικό του ατμού πάνω από ένα διάλυμα είναι μικρότερο από αυτό του ατμού πάνω από έναν καθαρό διαλύτη, αυξάνοντας μέχρι το σημείο βρασμού. Σε θερμοκρασίες κάτω από 0 °C (32 °F), το σημείο πήξης του καθαρού νερού, η κατάθλιψη του σημείου πήξης κάνει το θαλασσινό νερό (ένας συνδυασμός αλατιού και άλλων χημικών ουσιών στο νερό) να παραμένει υγρό.

Η σταθερά σημείου πήξης (Kf)

Η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας καθορίζει την πτώση του σημείου πήξης. Η συγκέντρωση ενός διαλύματος μετριέται από τη μοριακότητα του, η οποία ορίζεται ως:

molality=  Moles διαλυμένης ουσίας / κιλά διαλύτη 

Η μοριακή συγκέντρωση του διαλύματος συμβολίζεται με το γράμμα m. Η ποσότητα των mol της διαλυμένης ουσίας ανά kg διαλύτη είναι γνωστή ως molality. Ωστόσο, καταλαβαίνουμε τώρα ότι η μοριακότητα καθορίζεται από:

M =(1000 × w2) ÷ (w1 × M2)

Σε αυτό το σενάριο,

Η μοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας είναι M2 και το βάρος της είναι w2.

Ο διαλύτης ζυγίζει w1.

Ως εκ τούτου,

Ο όρος «κατάθλιψη σημείου πήξης» ορίζεται ως εξής:

ΔTf =(Kf × 1000 × w2) ÷ (w1 × M2)

Ως αποτέλεσμα, η εξίσωση γίνεται:

M2 =(Kf × 1000 × w2) ÷ (w1 × ΔTf)

Το μοριακό βάρος της διαλυμένης ουσίας υπολογίζεται με αυτόν τον τρόπο.

Ο υπολογισμός για αραιά διαλύματα

Όταν το διάλυμα θεωρείται ιδανική λύση, η ποσότητα της κατάθλιψης του σημείου πήξης καθορίζεται μόνο από τη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας, η οποία μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας μια απλή γραμμική σύνδεση με την κρυοσκοπική σταθερά ("Νόμος του Blagden"):

ΔTf =Kf · b · i

όπου,

• Η πίεση του σημείου πήξης ορίζεται ως Tf (καθαρός διαλύτης).
• Η κρυοσκοπική σταθερά, Kf, καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά του διαλύτη και όχι από τα χαρακτηριστικά της διαλυμένης ουσίας. (Σημείωση:Ένας υψηλότερος αριθμός KF διευκολύνει την εμφάνιση μεγαλύτερων μειώσεων στο σημείο πήξης κατά την εκτέλεση δοκιμών.) Kf =1,853 Kg/mol για το νερό.] ).
• Η molality συμβολίζεται με το γράμμα b. (moles διαλυμένη ουσία ανά κιλό διαλύτη).

σημασία κατάθλιψης σημείου πήξης:

1. Σε ψυχρές περιοχές όπου η θερμοκρασία πέφτει κάτω από τους 0°C, το χλωριούχο νάτριο (NaCl) απλώνεται στους δρόμους για να αποφευχθεί ο σχηματισμός πάγου. Το NaCl μειώνει το σημείο πήξης του νερού. Ως εκ τούτου, ο πάγος δεν συσσωρεύεται στο δρόμο.
2. Σε περιοχές όπου η ατμοσφαιρική θερμοκρασία πέφτει στους 18° C, χρησιμοποιείται χλωριούχο ασβέστιο (CaCl2) αντί για χλωριούχο νάτριο. Το χλωριούχο ασβέστιο Συνδέεται σε τρία ιόντα, γεγονός που προκαλεί μεγαλύτερη κατάθλιψη στο σημείο πήξης του νερού και βοηθά στο λιώσιμο του πάγου στους δρόμους.
3. Κατά τη διάρκεια των κρύων εποχών, υπάρχει πιθανότητα να παγώσει το ψυγείο. Χρησιμοποιούμε υγρά καλοριφέρ στα αυτοκίνητα. Αυτά τα υγρά είναι γενικά κατασκευασμένα από αιθυλενογλυκόλη και νερό και βοηθούν στην πρόληψη του παγώματος των καλοριφέρ.
4. Χρησιμοποιείται ως εργαλείο ανάλυσης καθαρότητας. Αναλύεται με θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης. Αυτή η μέθοδος είναι πολύ αποτελεσματική και δίνει καθαρά αποτελέσματα.
5. Χρησιμοποιείται στη γαλακτοβιομηχανία. Αυτή η ιδιότητα διασφαλίζει ότι δεν υπάρχει επιπλέον νερό στο γάλα. Το γάλα με πίεση σημείου πήξης 0,509° θεωρείται αγνό.
6. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται επίσης για την παρασκευή παγωτού. Βοηθά στη δημιουργία ενός μείγματος κατάψυξης προσθέτοντας NaCl ή άλλο αλάτι για να χαμηλώσει το σημείο τήξης του.

Συμπέρασμα

Το Σημείο Πήξης είναι η μείωση της θερμοκρασίας στην οποία παγώνει ένα υλικό, όταν προστίθεται μικρότερη ποσότητα άλλης μη πτητικής χημικής ουσίας στο μείγμα. Η προσθήκη αλατιού στο νερό (χρησιμοποιείται σε παγωτομηχανές και σε δρόμους αποπάγωσης), η προσθήκη αλκοόλης στο νερό, η προσθήκη αιθυλενίου ή προπυλενογλυκόλης στο νερό (χρησιμοποιείται στα αντιψυκτικά στα αυτοκίνητα), η προσθήκη χαλκού στο λιωμένο Ο άργυρος (χρησιμοποιείται για τον σχηματισμό συγκόλλησης που ρέει σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τα τεμάχια αργύρου που συνδέονται) και η ανάμειξη δύο ουσιών, όπως μολυσματικών ουσιών σε ένα φάρμακο σε λεπτή σκόνη είναι όλα παραδείγματα.