Titik beku dalam apa itu terdiri, bagaimana menghitungnya dan contoh

itu titik beku adalah suhu di mana suatu zat mengalami kesetimbangan transisi cair-padat. Ketika berbicara tentang zat, ini bisa berupa senyawa, unsur murni atau campuran. Secara teoritis, semua materi membeku saat suhu menurun ke nol absolut (0K).

Namun, suhu ekstrem tidak diperlukan untuk mengamati pembekuan cairan. Gunung es adalah salah satu contoh air beku yang paling jelas. Juga, fenomena ini dapat diikuti secara real time dengan mandi nitrogen cair, atau menggunakan freezer sederhana.

Apa perbedaan antara pembekuan dan pemadatan? Bahwa proses pertama sangat tergantung pada suhu, pada kemurnian cairan, dan merupakan kesetimbangan termodinamika; sedangkan yang kedua, lebih terkait dengan perubahan komposisi kimia dari zat yang membeku, bahkan tanpa sepenuhnya cair (pasta).

Karena itu, pembekuan adalah pemadatan; tetapi yang sebaliknya tidak selalu benar. Selanjutnya, untuk membuang istilah solidifikasi, harus ada fase cair dalam kesetimbangan dengan padatan dari zat yang sama; gunung es mematuhi ini: mereka mengapung di atas air cair.

Dengan demikian, orang menghadapi pembekuan cairan ketika fase padat terbentuk sebagai akibat dari penurunan suhu. Tekanan juga memengaruhi sifat fisik ini, meskipun efeknya lebih rendah dalam cairan dengan tekanan uap rendah.

Indeks

• 1 Apa titik bekunya??
  • 1.1 Pembekuan vs kelarutan
• 2 Cara menghitungnya?
  • 2.1 Persamaan penurunan suhu
• 3 Contoh
  • 3.1 Air
  • 3.2 Alkohol
  • 3.3 Susu
  • 3.4 Merkuri
  • 3.5 Bensin
• 4 Referensi

Apa titik bekunya??

Saat suhu turun, energi kinetik rata-rata molekul menurun, dan karenanya, sedikit melambat. Ketika mereka semakin lambat dalam cairan, ada titik di mana mereka cukup berinteraksi untuk membentuk susunan molekul yang teratur; ini adalah padatan pertama, dari mana kristal yang lebih besar akan tumbuh.

Jika padatan pertama ini "goyah" terlalu banyak, maka akan perlu untuk menurunkan suhu lebih lanjut sampai molekul-molekulnya tetap cukup tenang. Suhu di mana hal ini dicapai sesuai dengan titik beku; dari sana, kesetimbangan cair-padatan terbentuk.

Skenario sebelumnya terjadi untuk zat murni; tetapi bagaimana jika mereka tidak?

Dalam hal itu, molekul-molekul padatan pertama harus berhasil menggabungkan molekul asing. Akibatnya, terbentuk zat padat tidak murni (atau larutan padat), yang membutuhkan suhu lebih rendah daripada titik beku untuk pembentukannya..

Kita berbicara tentang Penurunan titik beku. Selama ada lebih banyak molekul asing, atau lebih tepatnya, pengotor, cairan akan membeku pada suhu yang semakin rendah.

Pembekuan vs kelarutan

Diberikan campuran dua senyawa, A dan B, ketika suhu turun, A membeku, sementara B tetap cair.

Skenario ini mirip dengan apa yang baru saja dijelaskan. Sebagian A belum beku, dan karena itu dilarutkan dalam B. Apakah keseimbangan kelarutan dibahas lebih dari transisi cair-padat??

Kedua deskripsi tersebut valid: A mengendap atau membeku dari B ketika suhu turun. Semua A akan mengendap ketika tidak ada yang tersisa dari itu larut dalam B; yang sama dengan mengatakan bahwa A akan membeku sepenuhnya.

Namun, lebih nyaman untuk mengobati fenomena dari sudut pandang pembekuan. Jadi, A membeku lebih dulu karena memiliki titik beku yang lebih rendah, sedangkan B akan membutuhkan suhu yang lebih dingin.

Namun, sebenarnya "es A" terdiri dari padatan yang memiliki komposisi A yang lebih kaya daripada B; tapi B juga ada di sana. Ini karena A + B adalah campuran homogen, dan karena itu, sebagian dari homogenitas itu dipindahkan ke padatan beku.

Bagaimana cara menghitungnya?

Bagaimana Anda bisa memprediksi atau menghitung titik beku suatu zat? Ada perhitungan fisikokimia yang memungkinkan untuk mendapatkan nilai perkiraan titik tersebut di bawah tekanan lain (berbeda dengan 1atm, tekanan sekitar).

Namun, ini mengalir ke entalpi fusi (Δ_Fus); karena, fusi adalah proses berlawanan arah pembekuan.

Selain itu, secara eksperimental lebih mudah untuk menentukan titik lebur suatu bahan atau campuran daripada titik bekunya; Meskipun mereka mungkin tampak sama, mereka menunjukkan perbedaan tertentu.

Seperti disebutkan pada bagian sebelumnya: semakin tinggi konsentrasi pengotor, semakin besar penurunan titik beku. Ini juga dapat dikatakan dengan cara berikut: semakin kecil fraksi molar X dari padatan dalam campuran, ia akan membeku pada suhu yang lebih rendah..

Persamaan penurunan suhu

Persamaan berikut ini mengungkapkan dan merangkum semua yang telah dikatakan:

LnX = - (Δ_Fus/ R) (1 / T - 1 / Tº) (1)

Di mana R adalah konstanta gas ideal, yang memiliki penggunaan yang hampir universal. Tº adalah titik beku normal (pada tekanan sekitar), dan T adalah suhu di mana padatan akan membeku pada fraksi molar X.

Dari persamaan ini, dan setelah serangkaian penyederhanaan, kami mendapatkan yang berikut, yang lebih dikenal:

ΔTc = K_Fm (2)

Di mana m adalah molality dari zat terlarut atau tidak murni, dan K_F adalah konstanta cryoscopic dari komponen pelarut atau cairan.

Contohnya

Di bawah ini adalah deskripsi singkat tentang pembekuan beberapa zat.

Air

Airnya membeku sekitar 0ºC. Namun, nilai ini dapat menurun jika mengandung zat terlarut di dalamnya; untuk mengatakan, garam atau gula.

Bergantung pada jumlah zat terlarut, ia memiliki m-molalities yang berbeda; dan ketika meningkatkan m, menurunkan X, yang nilainya dapat diganti dalam persamaan (1) dan dengan demikian menghapus T.

Misalnya, jika Anda meletakkan segelas air dalam freezer, dan yang lain dengan air manis (atau minuman berbasis air), gelas air akan membeku terlebih dahulu. Ini karena kristal mereka terbentuk lebih cepat tanpa gangguan molekul glukosa, ion, atau spesies lainnya.

Hal yang sama akan terjadi jika segelas air laut dimasukkan ke dalam freezer. Sekarang, gelas dengan air laut mungkin dibekukan terlebih dahulu dari gelas dengan air manis; perbedaannya akan tergantung pada jumlah zat terlarut dan bukan sifat kimianya.

Karena alasan inilah penurunan Tc (suhu beku) adalah sifat koligatif.

Alkohol

Alkohol membeku pada suhu yang lebih dingin daripada air cair. Misalnya, etanol membeku di sekitar -114 ° C. Jika dicampur dengan air dan bahan-bahan lainnya, akan ada peningkatan titik beku.

Mengapa Karena air, zat cair dan larut dengan alkohol, membeku pada suhu yang jauh lebih tinggi (0ºC).

Kembali ke lemari es dengan gelas dengan air, jika kali ini Anda memasukkan satu dengan minuman beralkohol, ini akan menjadi yang terakhir membeku. Semakin tinggi kadar etilnya, freezer harus didinginkan lebih lanjut untuk membekukan minuman. Karena alasan inilah minuman seperti tequila lebih sulit dibekukan.

Susu

Susu adalah zat berbasis air, di mana lemak tersebar bersama dengan laktosa dan kalsium fosfat, di samping lipoprotein lainnya.

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

Rata-rata, susu dibekukan pada suhu sekitar -0,54ºC, tetapi berkisar antara -0,50 dan -0,56 tergantung pada persentase air. Jadi, Anda bisa tahu apakah ASI telah dipalsukan. Dan seperti yang Anda lihat, segelas susu akan membeku hampir setara dengan segelas air.

Tidak semua susu membeku pada suhu yang sama, karena komposisinya juga tergantung pada sumber hewani.

Merkuri

Merkuri adalah satu-satunya logam yang berbentuk cair pada suhu kamar. Untuk membekukannya, perlu untuk menurunkan suhu ke -38.83ºC; dan kali ini Anda akan menghindari gagasan untuk menuangkannya ke dalam gelas dan memasukkannya ke dalam freezer, karena dapat menyebabkan kecelakaan yang mengerikan.

Perhatikan bahwa merkuri membeku sebelum alkohol. Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahwa kristal merkuri bergetar lebih sedikit karena terdiri dari atom yang dihubungkan oleh ikatan logam; sedangkan dalam etanol, mereka adalah molekul CH₃CH₂OH relatif ringan sehingga harus ditampung perlahan.

Bensin

Dari semua contoh titik beku, bensin adalah yang paling kompleks. Seperti susu, itu adalah campuran; tetapi dasarnya bukan air, tetapi sekelompok hidrokarbon, masing-masing dengan karakteristik strukturalnya sendiri. Beberapa molekul kecil, dan molekul besar lainnya.

Hidrokarbon-hidrokarbon dengan tekanan uap yang lebih rendah akan membeku lebih dulu; sementara yang lain akan tetap cair, bahkan jika segelas bensin dikelilingi oleh nitrogen cair. Itu tidak akan benar membentuk "es bensin", tetapi gel dengan nada kuning-hijau.

Untuk membekukan bensin sepenuhnya, mungkin perlu mendinginkan suhu hingga -200ºC. Pada suhu ini kemungkinan bensin akan terbentuk, karena semua komponen campuran akan membeku; artinya, tidak akan ada lagi fase cair dalam kesetimbangan dengan padatan.

Referensi

1. Departemen Fisika, Universitas Illinois di Urbana-Champaign. (2018). T & J: Pembekuan bensin. Diperoleh dari: van.physics.illinois.edu
2. Ira N. Levine. (2014). Prinsip fisikokimia. (Edisi keenam). Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Perjanjian fisikokimia. Aguilar S. A. de Ediciones, Juan Bravo, 38, Madrid (Spanyol).
4. Walter J. Moore. (1962). Kimia Fisik (Edisi keempat). Longman.
5. Sibagropribor (2015). Penentuan titik beku susu. Diperoleh dari: sibagropribor.ru