Κατάθλιψη στο σημείο ψύξης

Η συμπίεση του σημείου πήξης είναι μια συλλογική ιδιότητα λόγω της προσθήκης μορίων διαλυμένης ουσίας σε οποιονδήποτε διαλύτη. Για την ακρίβεια, 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.

Κατάθλιψη στο σημείο πήξης 

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα για να έχουμε καλύτερη κατανόηση. 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, ως εκ τούτου, προκύπτει ο τύπος για την κατάθλιψη του σημείου πήξης:

△Tf  =i  x Kf x m

Εδώ, το △Tf σημαίνει πτώση του σημείου πήξης, i  σημαίνει συντελεστής Van’t Hoff, το Kf σημαίνει κρυοσκοπική σταθερά και το m αντιπροσωπεύει μοριακότητα.

Μπορούμε να προσδιορίσουμε τη μοριακή μάζα μιας δεδομένης διαλυμένης ουσίας από τον παραπάνω τύπο. Επίσης, μπορούμε να μετρήσουμε τον βαθμό στον οποίο μια διαλυμένη ουσία διασπάται σε διαλύτη.

Μπορούμε να λάβουμε το σημείο πήξης ενός διαλύματος εάν το χημικό δυναμικό ενός καθαρού υγρού διαλύτη φτάσει αυτό ενός καθαρού στερεού διαλύτη.

Ο υπολογισμός της μοριακής μάζας μιας διαλυμένης ουσίας με χρήση ύφεσης στο σημείο πήξης έχει ως εξής:

M =(1000 × Kf × w2) ÷ (∆Tf × w1)

Εδώ, το w2 σημαίνει το βάρος της διαλυμένης ουσίας, το w1 σημαίνει το βάρος του διαλύτη, το Kf σημαίνει σταθερά μοριακής κατάθλιψης και το ∆Tf σημαίνει ύφεση στο σημείο πήξης.

Γιατί εμφανίζεται η κατάθλιψη του σημείου πήξης;

Μπορεί να υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους συμβαίνει η συμπίεση του σημείου πήξης ενός διαλύτη όταν προσθέτουμε μόρια διαλυμένης ουσίας σε αυτόν. Ας ρίξουμε μια προσεκτική ματιά σε αυτούς τους λόγους: 

• Υπάρχει μια κατάσταση ισορροπίας μεταξύ της υγρής και της στερεής κατάστασης του διαλύτη στο σημείο πήξης του.
• Σημαίνει ότι οι φάσεις ατμού υγρού και στερεού είναι ίσες.
• Όταν προσθέτουμε μη πτητικά μόρια διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη, η τάση ατμών του διαλύματος μειώνεται από την τάση ατμών του καθαρού διαλύτη.

Επίδραση στις φυσικές ιδιότητες λόγω διαλυμένων ουσιών

Για να κατανοήσουμε τις επιδράσεις των διαλυμένων ουσιών στις φυσικές ιδιότητες, πρέπει να κατανοήσουμε το γράφημα που δίνεται παρακάτω:

Το γράφημα αντιπροσωπεύει την πίεση και τη θερμοκρασία του τυπικού σημείου βρασμού και των σημείων πήξης ενός διαλύτη και τα σημεία βρασμού και πήξης ενός διαλύματος. Μπορείτε να δείτε σε πίεση 1 atm, το σημείο πήξης μειώνεται.

Παράγοντες που επηρεάζουν το σημείο πήξης

Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν την πτώση του σημείου πήξης, οι οποίοι είναι οι ακόλουθοι:

• Διαμοριακές δυνάμεις έλξης:Οι διαμοριακές δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων του υγρού είναι ευθέως ανάλογες με το σημείο πήξης του. Διότι εάν οι διαμοριακές δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων είναι ασθενέστερες, το σημείο πήξης μειώνεται επίσης.
• Φυσικές και χημικές αλλαγές:Τόσο οι φυσικές όσο και οι χημικές αλλαγές μεταβάλλουν το σημείο πήξης μιας ουσίας.
• Πίεση:Η αλλαγή της πίεσης επηρεάζει επίσης το σημείο πήξης μιας ουσίας.

Διαδικασία παγώματος

Κατά τη διαδικασία της κατάψυξης, μια ουσία αλλάζει την κατάστασή της από υγρή σε στερεή. Όταν μια ουσία βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, τα μόριά της είναι χαλαρά συνδεδεμένα και οι διαμοριακές δυνάμεις είναι επίσης μικρότερες από αυτές των στερεών.

Όταν μια ουσία βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, τα μόρια βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Όταν όμως η ουσία παγώνει, χάνει τη θερμική της ενέργεια και έρχεται πιο κοντά η μία στην άλλη.

Η θερμοκρασία παραμένει η ίδια κατά τη διαδικασία κατάψυξης και αλλάζει από υγρή σε κρυσταλλική στερεά κατάσταση. Η ενέργεια απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας κατάψυξης, καθώς όταν τα μόρια βρίσκονται σε υγρή κατάσταση, βρίσκεται σε συνεχή κίνηση. Όταν μετατρέπεται σε στερεό, απελευθερώνει ενέργεια.

Παραδείγματα κατάθλιψης σημείου πήξης

1. Σημείο πήξης στη βότκα:Είναι διάλυμα αιθανόλης σε νερό. Έχει χαμηλότερο σημείο πήξης. Η κατάθλιψη είναι μικρότερη από το νερό αλλά πολύ υψηλότερη από την καθαρή αιθανόλη.
2. Λόγω της υπερβολικής παρουσίας αλάτων στο θαλασσινό νερό, το σημείο πήξης του είναι κάτω από 0°C, και επομένως, παραμένει υγρό σε θερμοκρασία δωματίου κάτω από το σημείο πήξης του νερού.
3. Μπορείτε επίσης να δείτε πολλούς οργανισμούς που επιβιώνουν σε παγωμένα κλίματα. Αυτό συμβαίνει επειδή παράγουν ενώσεις όπως η γλυκερίνη και η σορβιτόλη που βοηθούν στη μείωση του σημείου πήξης του νερού στο σώμα τους.

Χρήσεις κατάθλιψης σε σημείο ψύξης

1. Σε ψυχρές περιοχές, όπου η θερμοκρασία πέφτει κάτω από τους 0°C, το χλωριούχο νάτριο (NaCl) απλώνεται στους δρόμους για να αποτραπεί 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 σχετίζεται με τρία ιόντα τα οποία προκαλούν μεγαλύτερη κατάθλιψη στο σημείο πήξης του νερού και συμβάλλουν στο λιώσιμο του πάγου στους δρόμους.
3. Κατά τις κρύες εποχές, 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 συσκευή 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°C 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 μειώσει το σημείο τήξης του.

Συμπέρασμα

Η συμπίεση του σημείου πήξης είναι μια συλλογική ιδιότητα λόγω της προσθήκης μορίων διαλυμένης ουσίας σε οποιονδήποτε διαλύτη. Για την ακρίβεια, 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.