Sasalšanas punkta depresijas problēmas piemērs

Aprēķiniet sasalšanas punkta depresijas temperatūru

Sasalšanas punkta depresija: Ūdens veidos ledu zemākā temperatūrā, kad ūdenim pievieno izšķīdušo vielu. nikamata/Getty Images

Šis uzdevuma piemērs parāda, kā aprēķināt sasalšanas punkta pazemināšanos, izmantojot sāls šķīdumu ūdenī.

Galvenie ieteikumi: aprēķiniet sasalšanas punkta depresiju

• Sasalšanas punkta pazemināšanās ir tādu šķīdumu īpašība, kuros izšķīdinātā viela pazemina šķīdinātāja parasto sasalšanas punktu.
• Sasalšanas punkta pazemināšanās ir atkarīga tikai no izšķīdušās vielas koncentrācijas, nevis tās masas vai ķīmiskās identitātes.
• Izplatīts sasalšanas punkta pazemināšanās piemērs ir sāls, kas pazemina ūdens sasalšanas temperatūru, lai aukstā temperatūrā ledus nesasaltu uz ceļiem.
• Aprēķinos tiek izmantots vienādojums, ko sauc par Bladena likumu, kas apvieno Raula likumu un Clausius-Clapeyron vienādojumu.

Ātrs pārskats par sasalšanas punkta depresiju

Sasalšanas punkta depresija ir viena no matērijas koligatīvās īpašības , kas nozīmē, ka to ietekmē daļiņu skaits, nevis daļiņu ķīmiskā identitāte vai to masa. Kad šķīdinātājam pievieno izšķīdušo vielu, tā sasalšanas temperatūra tiek pazemināta no tīrā šķīdinātāja sākotnējās vērtības. Nav nozīmes tam, vai izšķīdinātā viela ir šķidrums, gāze vai cieta viela. Piemēram, sasalšanas temperatūras pazemināšanās rodas, ja ūdenim pievieno sāli vai alkoholu. Faktiski šķīdinātājs var būt arī jebkura fāze. Sasalšanas temperatūras pazemināšanās notiek arī cieto un cieto vielu maisījumos.

Sasalšanas punkta samazināšanos aprēķina, izmantojot Raula likumu un Clausius-Clapeyron vienādojumu, lai uzrakstītu vienādojumu, ko sauc par Bladena likumu. Ideālā risinājumā sasalšanas punkta pazemināšanās ir atkarīga tikai no izšķīdušās vielas koncentrācijas.

Sasalšanas punkta depresijas problēma

31,65 g nātrija hlorīda pievieno 220,0 ml ūdens 34 °C temperatūrā. Kā tas ietekmēs ūdens sasalšanas punkts ?
Pieņemsim, nātrija hlorīds pilnībā disonē ūdenī.
Dots: ūdens blīvums 35 °C temperatūrā = 0,994 g/mL
K_fūdens = 1,86 °C kg/mol

Risinājums

Lai atrastu temperatūras maiņas paaugstināšanās šķīdinātāju ar izšķīdušo vielu, izmantojiet sasalšanas punkta pazemināšanas vienādojumu:
ΔT = iK_fm
kur
ΔT = temperatūras izmaiņas °C
i = van 't Hoff koeficients
K_f= molālās sasalšanas punkta pazemināšanās konstante vai krioskopiskā konstante °C kg/mol
m = izšķīdušās vielas molalitāte izšķīdušās vielas molos/kg šķīdinātāja.

1. solis: aprēķiniet NaCl molalitāti

NaCl molalitāte (m) = NaCl moli/kg ūdens
No periodiskā tabula , atrodiet elementu atomu masas:
atomu masa Tas = 22,99
atommasa Cl = 35,45
moli NaCl = 31,65 g x 1 mol/(22,99 + 35,45)
moli NaCl = 31,65 g x 1 mol/58,44 g
moli NaCl = 0,542 mol
kg ūdens = blīvums x tilpums
kg ūdens = 0,994 g/ml x 220 ml x 1 kg/1000 g
kg ūdens = 0,219 kg
m_NaCl= moli NaCl/kg ūdens
m_NaCl= 0,542 mol/0,219 kg
m_NaCl= 2,477 mol/kg

2. darbība: nosakiet van 't Hoff koeficientu

Van 't Hoff faktors, i, ir konstante, kas saistīta ar izšķīdušās vielas disociācijas daudzumu šķīdinātājā. Vielām, kas ūdenī nedisociējas, piemēram, cukuram, i = 1. Izšķīdušām vielām, kas pilnībā sadalās divās daļās joni , i = 2. Šajā piemērā NaCl pilnībā sadalās divos jonos Na⁺un Cl^-. Tāpēc šim piemēram i = 2.

3. darbība: atrodiet ΔT

ΔT = iK_fm
ΔT = 2 x 1,86 °C kg/mol x 2,477 mol/kg
ΔT = 9,21 °C
Atbilde:
Pievienojot 31,65 g NaCl 220,0 ml ūdens, sasalšanas temperatūra pazemināsies par 9,21 °C.

Sasalšanas punkta depresijas aprēķinu ierobežojumi

Sasalšanas punkta pazemināšanās aprēķināšanai ir praktisks pielietojums, piemēram, saldējuma un narkotiku pagatavošana un ceļu atledošana. Tomēr vienādojumi ir spēkā tikai noteiktās situācijās.

• Izšķīdinātajai vielai jābūt daudz mazākā daudzumā nekā šķīdinātājam. Sasalšanas punkta pazemināšanās aprēķini attiecas uz atšķaidītiem šķīdumiem.
• Izšķīdušajai vielai jābūt negaistošai. Iemesls ir tāds, ka sasalšanas punkts rodas, kad šķidruma un cietā šķīdinātāja tvaika spiediens ir līdzsvarā.

Avoti

• Atkins, Pīters (2006). Atkinsa fizikālā ķīmija . Oxford University Press. 150.–153.lpp. ISBN 0198700725.
• Eilvards, Gordons; Findlay, Tristan (2002). SI ķīmiskie dati (5. izdevums). Zviedrija: John Wiley & Sons. lpp. 202. ISBN 0-470-80044-5.
• Ge, Xinlei; Vans, Siduns (2009). 'Elektrolītu šķīdumu sasalšanas punkta pazemināšanās, viršanas temperatūras paaugstināšanās un iztvaikošanas entalpiju novērtējums'. Rūpnieciskās un inženierķīmijas pētījumi . 48 (10): 5123. doi: 10.1021/ie900434h
• Melors, Džozefs Viljams (1912). 'Blagdena likums'. Mūsdienu neorganiskā ķīmija . Ņujorka: Longmans, Grīns un kompānija.
• Petruči, Ralfs H.; Hārvuds, Viljams S.; Siļķe, F. Džefrijs (2002). Vispārējā ķīmija (8. izdevums). Prentice-Hall. 557.–558.lpp. ISBN 0-13-014329-4.