어는점이 물질은 액체 - 고체 전이 평형을 경험하는 온도이다. 물질에 관해서는 화합물, 순수 원소 또는 혼합물 일 수 있습니다. 이론적으로 온도가 절대 영 (0K)으로 떨어지면 모든 물질이 동결됩니다.
그러나 액체의 결빙을 관찰하기 위해 극한의 온도는 필요하지 않습니다. 빙산은 얼어 붙은 수역의 가장 명백한 예 중 하나입니다. 마찬가지로이 현상은 액체 질소 수조를 사용하거나 간단한 냉동고를 사용하여 실시간으로 추적 할 수 있습니다.
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동결과 응고의 차이점은 무엇입니까? 첫 번째 공정은 온도, 액체의 순도에 크게 의존하며 열역학적 평형입니다. 두 번째는 완전히 액체가 아니더라도 고형화되는 물질 (페이스트)의 화학적 조성 변화와 더 관련이 있습니다.
따라서 동결은 응고입니다. 그러나 그 반대가 항상 사실은 아닙니다. 또한 응고라는 용어를 배제하려면 동일한 물질의 고체와 평형을 이루는 액상이 있어야합니다. 빙산은 이렇게합니다 : 그들은 액체 물 위에 떠 있습니다.
따라서 온도 감소의 결과로 고체상이 형성 될 때 액체의 결빙에 직면하게됩니다. 증기압이 낮은 액체에서는 그 영향이 적지 만 압력도이 물리적 특성에 영향을 미칩니다.
빙점은 무엇입니까?
온도가 떨어지면 분자의 평균 운동 에너지가 감소하므로 약간 느려집니다. 당신이 액체에서 더 느리게 갈수록, 분자들의 정렬 된 배열을 형성하기에 충분히 상호 작용하는 지점이 있습니다. 이것은 더 큰 결정이 자라는 첫 번째 고체입니다.
이 첫 번째 고체가 너무 많이 "흔들리면"분자가 충분히 남아있을 때까지 온도를 더 낮출 필요가 있습니다. 이것이 달성되는 온도는 빙점에 해당합니다. 거기에서 액체-고체 평형이 설정됩니다.
이전 시나리오는 순수 물질에 대해 발생합니다. 하지만 그렇지 않다면?
이 경우 첫 번째 고체의 분자는 외부 분자를 통합 할 수 있어야합니다. 결과적으로 불순한 고체 (또는 고용체)가 형성되어 형성을 위해 빙점보다 낮은 온도가 필요합니다.
우리는 빙점의 하강에 대해 이야기합니다. 더 많은 이물질 분자 또는 더 정확하게 말하자면 불순물이 있기 때문에 액체는 더 낮은 온도와 더 낮은 온도에서 얼게됩니다.
동결과 용해도
두 화합물 A와 B의 혼합물이 주어지면 온도가 떨어지면 A는 얼고 B는 액체 상태로 유지됩니다.
시나리오는 방금 설명한 것과 유사합니다. A의 일부는 아직 동결되지 않았으므로 B에 용해됩니다. 그러면 액체-고체 전이가 아니라 용해도 평형 문제입니까?
두 설명 모두 유효합니다. A가 침전되거나 얼어 온도가 떨어지면 B에서 분리됩니다. 모든 A는 B에 더 이상 용해되지 않을 때 침전 될 것입니다. 그것은 A가 완전히 얼어 붙을 것이라는 말과 같습니다.
그러나 동결의 관점에서 치료하는 것이 더 편리합니다. 따라서 A는 빙점이 낮기 때문에 먼저 얼고 B는 더 차가운 온도가 필요합니다.
그러나 "A의 얼음"은 실제로 B보다 A의 구성이 더 풍부한 고체로 구성되어 있습니다. 하지만 B도 있습니다. 이것은 A + B가 균질 한 혼합물이기 때문에 그 균질성의 일부가 동결 된 고체로 옮겨집니다.
그것을 계산하는 방법?
물질의 어는점을 어떻게 예측하거나 계산할 수 있습니까? 다른 압력 (주변 압력 인 1atm 제외)에서이 지점의 대략적인 값을 얻을 수있는 물리 화학적 계산이 있습니다.
그러나 이들은 융합 엔탈피 (Δ Fus )로 이어집니다. 왜냐하면 융합은 얼어 붙는 것과 반대되는 과정이기 때문입니다.
또한 실험적으로 물질 또는 혼합물의 융점을 빙점보다 결정하는 것이 더 쉽습니다. 동일하게 보일 수 있지만 특정 차이점을 보여줍니다.
이전 섹션에서 언급했듯이 불순물의 농도가 높을수록 빙점의 감소가 커집니다. 이것은 또한 다음과 같이 말할 수 있습니다. 혼합물에서 고체의 몰 분율 X가 낮을수록 온도가 낮아집니다.
온도 감소 방정식
다음 방정식은 말한 모든 것을 표현하고 요약합니다.
LnX =-(Δ Fus / R) (1 / T-1 / Tº) (1)
여기서 R은 거의 보편적으로 사용되는 이상 기체 상수입니다. Tº는 정상 빙점 (주변 압력에서)이고 T는 고체가 몰 분율 X까지 얼어 붙는 온도입니다.
이 방정식에서 일련의 단순화를 거친 후 더 잘 알려진 다음을 얻습니다.
ΔTc = K F m (2)
여기서 m은 용질 또는 불순물의 molality이고 K F 는 용매 또는 액체 성분의 극저온 상수입니다.
예
일부 물질의 동결에 대한 간략한 설명이 아래에 제공됩니다.
물
물은 약 0ºC에서 얼어 붙습니다. 그러나 용질이 용해되어 있으면이 값이 감소 할 수 있습니다. 말하자면, 소금이나 설탕.
용해 된 용질의 양에 따라 다른 molalities m; m이 증가하면 X가 감소하여 방정식 (1)에서 값을 대입하여 T를 구할 수 있습니다.
예를 들어, 물 한 컵을 냉동실에 넣고 다른 물에 달게 한 물 (또는 수성 음료)을 넣으면 물 한 컵이 먼저 얼게됩니다. 이는 포도당 분자, 이온 또는 기타 종의 방해없이 결정이 더 빨리 형성되기 때문입니다.
냉동실에 해수 한 잔을 넣으면 똑같은 일이 발생합니다. 이제 해수 한 잔은 달게 한 물 한 잔보다 먼저 얼거나 얼지 않을 수 있습니다. 그 차이는 화학적 성질이 아니라 용질의 양에 따라 달라집니다 .
이러한 이유로 Tc (냉동 온도)의 감소는 충돌 속성입니다.
알코올
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알코올은 액체 물보다 더 낮은 온도에서 동결됩니다. 예를 들어 에탄올은 약 -114 ° C에서 동결됩니다. 물 및 기타 성분과 혼합하면 반대로 어는점이 증가합니다.
왜? 알코올과 혼합되는 액체 물질 인 물은 훨씬 더 높은 온도 (0ºC)에서 얼기 때문입니다.
물잔을 들고 냉장고로 돌아 가면 이번에 알코올 음료가 들어있는 것이 소개되면 마지막으로 얼어 붙을 것입니다. 에틸 등급이 높을수록 음료를 얼리 기 위해 냉동실에서 더 냉각해야합니다. 이런 이유로 데킬라와 같은 음료는 얼기가 더 어렵습니다.
우유
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우유는 다른 지단백질 외에도 유당 및 인산 칼슘과 함께 지방이 분산되는 수성 물질입니다.
물에 더 잘 녹는 성분은 어는점이 조성에 따라 얼마나 달라질 지 결정합니다.
평균적으로 우유는 약 -0.54ºC의 온도에서 얼지 만 물의 비율에 따라 -0.50에서 -0.56 사이입니다. 따라서 우유가 오염되었는지 여부를 알 수 있습니다. 보시다시피 우유 한 잔은 물 한 잔과 거의 비슷하게 얼 것입니다.
모든 우유가 같은 온도에서 얼지는 않습니다. 그 구성도 동물의 근원에 달려 있기 때문입니다.
수은
수은은 실온에서 액체 형태의 유일한 금속입니다. 냉동하려면 온도를 -38.83ºC로 낮춰야합니다. 그리고 이번에는 끔찍한 사고로 이어질 수 있으므로 유리에 붓고 냉동실에 넣는 아이디어는 피할 것입니다.
수은은 알코올보다 먼저 얼게됩니다. 이것은 수은 결정이 금속 결합에 의해 연결된 원자로 구성되어 있기 때문에 덜 진동하기 때문일 수 있습니다. 에탄올에서는 천천히 수용되어야하는 비교적 가벼운 CH 3 CH 2 OH 분자 입니다.
가솔린
모든 빙점 예 중에서 가솔린이 가장 복잡합니다. 우유처럼 혼합물입니다. 그러나 그 염기는 물이 아니라 각각 고유 한 구조적 특성을 가진 다양한 탄화수소 그룹입니다. 일부 작은 분자와 일부 큰 분자.
증기압이 낮은 탄화수소는 먼저 동결됩니다. 가솔린 한 잔이 액체 질소로 둘러싸여 있어도 나머지는 액체 상태로 유지됩니다. "가솔린 얼음"이 제대로 형성되지 않고 황록색 톤의 젤이됩니다.
휘발유를 완전히 얼리려면 온도를 -200ºC로 낮추어야합니다. 이 온도에서는 혼합물의 모든 성분이 얼기 때문에 가솔린 얼음이 형성 될 가능성이 있습니다. 즉, 고체와 평형을 이루는 액체상이 더 이상 존재하지 않습니다.
참고 문헌
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