Užšalimo taško depresijos pavyzdys

Apskaičiuokite užšalimo taško depresijos temperatūrą

Užšalimo taško depresija: Vanduo sudarys ledą žemesnėje temperatūroje, kai į vandenį bus pridėta tirpios medžiagos. nikamata/Getty Images

Šis uždavinio pavyzdys parodo, kaip apskaičiuoti užšalimo taško sumažėjimą naudojant druskos tirpalą vandenyje.

Pagrindiniai patarimai: apskaičiuokite užšalimo taško depresiją

• Užšalimo temperatūros sumažėjimas yra tirpalų savybė, kai ištirpusi medžiaga sumažina normalią tirpiklio užšalimo temperatūrą.
• Užšalimo taško sumažėjimas priklauso tik nuo tirpios medžiagos koncentracijos, o ne nuo jos masės ar cheminės tapatybės.
• Dažnas užšalimo temperatūros mažinimo pavyzdys yra druska, mažinanti vandens užšalimo temperatūrą, kad ledas neužšaltų keliuose esant žemai temperatūrai.
• Skaičiuojant naudojama lygtis, vadinama Blagdeno dėsniu, kuri sujungia Raoult dėsnį ir Clausius-Clapeyron lygtį.

Greita užšalimo taško depresijos apžvalga

Užšalimo taško depresija yra viena iš koliatyvinės medžiagos savybės , o tai reiškia, kad įtakos turi dalelių skaičius, o ne cheminė dalelių tapatybė ar jų masė. Kai į tirpiklį pridedama tirpios medžiagos, jos užšalimo temperatūra sumažėja nuo pradinės gryno tirpiklio vertės. Nesvarbu, ar ištirpusi medžiaga yra skysta, dujinė ar kieta. Pavyzdžiui, užšalimo taško sumažėjimas atsiranda, kai į vandenį pridedama druskos arba alkoholio. Tiesą sakant, tirpiklis taip pat gali būti bet kurios fazės. Užšalimo temperatūros sumažėjimas taip pat atsiranda kietų ir kietų mišinių.

Užšalimo taško depresija apskaičiuojama naudojant Raoult dėsnį ir Clausius-Clapeyron lygtį, kad būtų galima parašyti lygtį, vadinamą Blagdeno dėsniu. Idealiame tirpale užšalimo taško sumažėjimas priklauso tik nuo tirpios medžiagos koncentracijos.

Užšalimo taško depresijos problema

Į 220,0 ml 34 °C vandens įpilama 31,65 g natrio chlorido. Kaip tai paveiks vandens užšalimo taškas ?
Tarkime, natrio chloridas visiškai disocijuoja vandenyje.
Duota: vandens tankis 35 °C temperatūroje = 0,994 g/mL
K_fvandens = 1,86 °C kg/mol

Sprendimas

Norėdami rasti temperatūros pokyčio pakilimas tirpiklį iš tirpios medžiagos, naudokite užšalimo taško mažinimo lygtį:
ΔT = iK_fm
kur
ΔT = temperatūros pokytis °C
i = van 't Hoff koeficientas
K_f= molinės užšalimo temperatūros sumažėjimo konstanta arba krioskopinė konstanta °C kg/mol
m = tirpios medžiagos moliškumas molis tirpiklio/kg tirpiklio.

1 veiksmas: apskaičiuokite NaCl moliškumą

NaCl moliškumas (m) = NaCl moliai/kg vandens
Nuo Periodinė elementų lentelė , suraskite elementų atomines mases:
atominė masė Tai = 22,99
atominė masė Cl = 35,45
moliai NaCl = 31,65 g x 1 mol/(22,99 + 35,45)
molių NaCl = 31,65 g x 1 mol/58,44 g
molių NaCl = 0,542 mol
kg vandens = tankis x tūris
kg vandens = 0,994 g/ml x 220 ml x 1 kg/1000 g
kg vandens = 0,219 kg
m_NaCl= moliai NaCl/kg vandens
m_NaCl= 0,542 mol/0,219 kg
m_NaCl= 2,477 mol/kg

2 veiksmas: nustatykite van 't Hoff koeficientą

Van 't Hoff faktorius, i, yra konstanta, susijusi su tirpios medžiagos disociacijos kiekiu tirpiklyje. Medžiagoms, kurios nesiskiria vandenyje, pvz., cukrui, i = 1. Tirpioms medžiagoms, kurios visiškai disocijuoja į dvi dalis jonų , i = 2. Šiame pavyzdyje NaCl visiškai disocijuoja į du jonus Na⁺ir Cl^-. Todėl šiame pavyzdyje i = 2.

3 veiksmas: raskite ΔT

ΔT = iK_fm
ΔT = 2 x 1,86 °C kg/mol x 2,477 mol/kg
ΔT = 9,21 °C
Atsakymas:
Į 220,0 ml vandens įpylus 31,65 g NaCl, užšalimo temperatūra sumažės 9,21 °C.

Užšalimo taško depresijos skaičiavimo apribojimai

Apskaičiuojant užšalimo taško depresiją galima pritaikyti praktiškai, pavyzdžiui, gaminant ledus ir narkotikus bei šalinant kelius. Tačiau lygtys galioja tik tam tikrose situacijose.

• Tirpiosios medžiagos turi būti daug mažesniais kiekiais nei tirpiklio. Užšalimo temperatūros sumažėjimo skaičiavimai taikomi atskiestiems tirpalams.
• Tirpi medžiaga turi būti nelaki. Priežastis ta, kad užšalimo temperatūra atsiranda, kai skysčio ir kieto tirpiklio garų slėgis yra pusiausvyroje.

Šaltiniai

• Atkinsas, Peteris (2006). Atkinso fizinė chemija . Oksfordo universiteto leidykla. 150–153 p. ISBN 0198700725.
• Aylwardas, Gordonas; Findlay, Tristanas (2002). SI cheminiai duomenys (5 leidimas). Švedija: John Wiley & Sons. p. 202. ISBN 0-470-80044-5.
• Ge, Xinlei; Wang, Xidong (2009). „Elektrolitų tirpalų užšalimo taško depresijos, virimo temperatūros pakilimo ir garavimo entalpijų įvertinimas“. Pramonės ir inžinerinės chemijos tyrimai . 48 (10): 5123. doi: 10.1021/ie900434h
• Melloras, Džozefas Viljamas (1912). „Blagdeno dėsnis“. Šiuolaikinė neorganinė chemija . Niujorkas: Longmans, Green ir Company.
• Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Silkė, F. Geoffrey (2002). Bendroji chemija (8 leidimas). Prentice-Hall. 557–558 p. ISBN 0-13-014329-4.