TITIK BEKU: CARA MENGIRA DAN CONTOHNYA - KIMIA - 2025

The titik beku ialah suhu di mana bahan yang mengalami keseimbangan peralihan cecair-pepejal. Dalam soal zat, ia boleh menjadi sebatian, unsur murni atau campuran. Secara teorinya, semua bahan membeku apabila suhu turun ke sifar mutlak (0K).

Walau bagaimanapun, suhu yang melampau tidak diperlukan untuk memerhatikan pembekuan cecair. Gunung es adalah salah satu contoh yang paling jelas bagi badan air beku. Begitu juga, fenomena tersebut dapat dikesan dalam masa nyata dengan menggunakan mandi nitrogen cair, atau menggunakan pembeku sederhana.

Sumber: Pxhere

Apakah perbezaan antara pembekuan dan pemejalan? Bahawa proses pertama sangat bergantung pada suhu, pada kemurnian cecair, dan merupakan keseimbangan termodinamik; sementara yang kedua lebih berkaitan dengan perubahan komposisi kimia bahan yang padat, walaupun tanpa cairan sepenuhnya (pasta).

Oleh itu, pembekuan adalah pemejalan; tetapi sebaliknya tidak selalu benar. Selanjutnya, untuk mengesampingkan istilah pemejalan, mesti ada fasa cair dalam keseimbangan dengan pepejal bahan yang sama; gunung es melakukan ini: mereka terapung di atas air cair.

Oleh itu, seseorang menghadapi pembekuan cecair ketika fasa pepejal terbentuk akibat penurunan suhu. Tekanan juga mempengaruhi sifat fizikal ini, walaupun kesannya kurang pada cecair dengan tekanan wap rendah.

Apakah titik beku?

Apabila suhu turun, tenaga kinetik molekul rata-rata berkurang, dan oleh itu mereka perlahan sedikit. Semasa cecair anda semakin perlahan, ada titik di mana mereka cukup berinteraksi untuk membentuk susunan molekul yang teratur; ini adalah pepejal pertama, dari mana kristal yang lebih besar akan tumbuh.

Sekiranya "goyangan" pepejal pertama ini terlalu banyak, maka perlu untuk menurunkan suhu lebih jauh sehingga molekulnya tetap cukup. Suhu di mana ini dicapai sepadan dengan titik beku; dari sana, keseimbangan cecair-pepejal terbentuk.

Senario sebelumnya berlaku untuk bahan tulen; tetapi bagaimana jika mereka tidak?

Dalam kes itu, molekul pepejal pertama mesti menggabungkan molekul asing. Akibatnya, suatu pepejal tidak murni (atau larutan pepejal) terbentuk, yang memerlukan suhu yang lebih rendah daripada titik beku untuk pembentukannya.

Kita bercakap mengenai penurunan titik beku. Oleh kerana terdapat lebih banyak molekul asing, atau kotoran yang lebih tepat, cecair akan membeku pada suhu yang lebih rendah dan lebih rendah.

Pembekuan vs kelarutan

Diberi campuran dua sebatian, A dan B, ketika suhu menurun, A membeku, sementara B tetap cair.

Senario itu serupa dengan apa yang baru saja dijelaskan. Bahagian A belum dibekukan, dan oleh itu dibubarkan dalam B. Adakah ketika itu keseimbangan kelarutan yang kita bicarakan dan bukannya peralihan cecair-pepejal?

Kedua-dua keterangan itu sah: A mendakan atau membeku, memisahkan dari B ketika suhu turun. Semua A akan terhasil apabila tidak ada lagi larut dalam B; yang sama dengan mengatakan bahawa A akan membeku sepenuhnya.

Walau bagaimanapun, lebih mudah untuk merawat fenomena tersebut dari sudut pembekuan. Oleh itu, A membeku terlebih dahulu kerana ia mempunyai titik beku yang lebih rendah, sementara B akan memerlukan suhu yang lebih sejuk.

Walau bagaimanapun, "ais A" sebenarnya terdiri daripada pepejal yang mempunyai komposisi A yang lebih kaya daripada B; tetapi B juga ada. Ini kerana A + B adalah campuran homogen, dan oleh itu sebahagian dari homogenitas tersebut dipindahkan ke pepejal beku.

Bagaimana mengira?

Bagaimana anda boleh meramalkan atau mengira titik beku zat? Terdapat pengiraan fizikokimia yang memungkinkan memperoleh nilai anggaran titik ini di bawah tekanan lain (selain 1atm, tekanan ambien).

Walau bagaimanapun, ini membawa kepada entalpi pelakuran (Δ _Fus ); sejak, pelakuran adalah proses dalam pengertian beku yang berlawanan.

Selanjutnya, secara eksperimen lebih mudah untuk menentukan titik lebur suatu bahan atau campuran daripada titik beku; Walaupun kelihatan sama, mereka menunjukkan perbezaan tertentu.

Seperti disebutkan di bahagian sebelumnya: semakin tinggi kepekatan kotoran, semakin besar penurunan titik beku. Ini juga dapat dikatakan sebagai berikut: semakin rendah pecahan mol X pepejal dalam campuran, semakin rendah suhu akan membeku.

Persamaan penurunan suhu

Persamaan berikut menyatakan dan meringkaskan semua yang telah diperkatakan:

LnX = - (Δ _Fus / R) (1 / T - 1 / Tº) (1)

Di mana R adalah pemalar gas yang ideal, yang hampir digunakan secara universal. Tº adalah titik beku normal (pada tekanan ambien), dan T adalah suhu di mana pepejal akan membeku ke pecahan mol X.

Dari persamaan ini, dan setelah beberapa siri penyederhanaan, berikut, yang lebih dikenali, diperoleh:

ΔTc = K _F m (2)

Di mana m adalah molalat zat terlarut atau kekotoran, dan K _F adalah pemalar kriokopi pelarut atau komponen cecair.

Contoh

Penerangan ringkas mengenai pembekuan beberapa bahan akan diberikan di bawah.

Air

Air membeku sekitar 0ºC. Walau bagaimanapun, nilai ini boleh menurun sekiranya mengandungi zat terlarut yang terlarut di dalamnya; katakan, garam atau gula.

Bergantung pada jumlah zat terlarut terlarut, terdapat molaliti yang berbeza m; dan ketika m meningkat, X menurun, yang nilainya dapat diganti dalam persamaan (1) dan dengan itu menyelesaikan T.

Contohnya, jika anda meletakkan segelas air di dalam peti sejuk, dan satu lagi dengan air manis (atau minuman berasaskan air), segelas air akan membeku terlebih dahulu. Ini kerana kristalnya terbentuk lebih cepat tanpa gangguan molekul glukosa, ion, atau spesies lain.

Perkara yang sama akan berlaku sekiranya anda memasukkan segelas air laut di dalam peti sejuk. Sekarang, segelas air laut mungkin atau tidak dibekukan terlebih dahulu daripada segelas air manis; perbezaannya bergantung pada jumlah zat terlarut dan bukan pada sifat kimianya .

Atas sebab inilah penurunan Tc (suhu beku) adalah sifat koligatif.

Alkohol

Sumber: Pixabay

Alkohol membeku pada suhu yang lebih sejuk daripada air cair. Contohnya, etanol membeku sekitar -114 ° C. Sekiranya dicampurkan dengan air dan bahan-bahan lain, sebaliknya akan berlaku kenaikan titik beku.

Kenapa? Kerana air, bahan cair yang tidak dapat dicampur dengan alkohol, membeku pada suhu yang jauh lebih tinggi (0ºC).

Kembali ke peti sejuk dengan segelas air, jika kali ini minuman beralkohol diperkenalkan, ini akan menjadi yang terakhir untuk membeku. Semakin tinggi tahap etil, penyejuk beku perlu menyejukkannya lebih jauh untuk membekukan minuman. Atas sebab inilah minuman seperti tequila lebih sukar dibekukan.

Susu

Sumber: Pixabay

Susu adalah bahan berasaskan air, di mana lemak tersebar bersama dengan laktosa dan kalsium fosfat, selain lipoprotein lain.

Komponen-komponen yang lebih larut dalam air menentukan berapa titik beku akan berbeza dengan komposisi.

Rata-rata, susu membeku pada suhu sekitar -0.54ºC, tetapi berkisar antara -0.50 dan -0.56 bergantung pada peratusan air. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengetahui apakah susu tersebut telah dicabul. Seperti yang anda lihat, segelas susu akan membeku hampir setara dengan segelas air.

Tidak semua susu membeku pada suhu yang sama, kerana komposisinya juga bergantung pada sumber haiwan.

Merkuri

Merkuri adalah satu-satunya logam yang berada dalam bentuk cecair pada suhu bilik. Untuk membekukannya, perlu menurunkan suhu hingga -38.83ºC; Dan kali ini idea untuk mencurahkannya ke dalam gelas dan memasukkannya ke dalam peti sejuk akan dihindarkan, kerana boleh menyebabkan kemalangan yang mengerikan.

Perhatikan bahawa merkuri membeku sebelum alkohol. Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa kristal merkuri bergetar kurang kerana terdiri daripada atom yang dihubungkan oleh ikatan logam; sedangkan dalam etanol, molekul CH ₃ CH ₂ OH relatif ringan yang mesti ditampung secara perlahan.

Petrol

Dari semua contoh titik beku, petrol adalah yang paling kompleks. Seperti susu, ia adalah campuran; tetapi dasarnya bukan air, tetapi sekumpulan pelbagai hidrokarbon, masing-masing mempunyai ciri strukturnya sendiri. Sebilangan molekul kecil, dan sebilangan besar molekul.

Hidrokarbon dengan tekanan wap yang lebih rendah akan membeku terlebih dahulu; sementara yang lain akan tetap cair, walaupun segelas petrol dikelilingi oleh nitrogen cair. Ia tidak akan membentuk "ais petrol", tetapi gel dengan nada kuning-hijau.

Untuk membekukan petrol sepenuhnya, mungkin perlu menyejukkan suhu hingga -200ºC. Pada suhu ini kemungkinan ais petrol akan terbentuk, kerana semua komponen campuran akan membeku; iaitu tidak akan ada lagi fasa cecair dalam keseimbangan dengan pepejal.

Rujukan

1. Jabatan Fizik, Universiti Illinois di Urbana-Champaign. (2018). Soal Jawab: Pembekuan petrol. Dipulihkan dari: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Prinsip fizikokimia. (Edisi keenam). Bukit Mc Graw.
3. Batu Permata. (1970). Perjanjian Fizikokimia. Aguilar SA de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Sepanyol).
4. Walter J. Moore. (1962). Kimia Fizikal. (Edisi keempat). Longman.
5. Sibagropribor. (2015). Penentuan Titik Pembekuan Susu. Dipulihkan dari: sibagropribor.ru
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Jun 2018). Titik Pembekuan Alkohol. Dipulihkan dari: thinkco.com