Mikä on veden jäätymispiste?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Nesteen jäätymispiste tai jähmettymispiste vastaa ominaista lämpötilaa tietyssä paineessa, jossa nesteestä tulee kiinteää ainetta. Toisin sanoen se on lämpötila, jossa nesteen, kuten veden, jähmettymis- tai jäätymisprosessi tapahtuu.

Periaatteessa tämä vaihemuutos on palautuva muutos, joka voi saavuttaa tasapainon käänteisen prosessin kanssa, jota kutsutaan fuusioksi. Esimerkiksi veden tapauksessa:

veden jäätymispiste

Tästä syystä veden jäätymispiste voidaan määritellä myös lämpötilaksi, jossa faasitasapaino muodostuu kiinteän ja nestemäisen veden välille paineessa, jossa järjestelmä sijaitsee .

Koska sulamisen ja kiinteytymisen välillä on tasapaino, jäätymispiste osoittautuu samaksi kuin sulamispiste.

Jäätymispiste vs. veden normaali jäätymispiste

On syytä selventää, että minkään aineen jäätymispiste ei ole kiinteä määrä, koska se riippuu paineesta, jossa järjestelmä sijaitsee. Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi vesi ei sula samassa lämpötilassa merenpinnalla, jossa paine on noin 1 atm, kuin 2000 masl:n vuorella, jossa paine on alle 0,8 atm.

Samaa voidaan sanoa muista faasimuutoksista, ja vaikutus on vielä pahempi kiehumispisteelle kuin itse jäätymispisteelle.

On kuitenkin syytä kysyä, miksi sitten puhutaan ”jäätymispisteestä” ikään kuin se olisi vain yksi? Syy on hyvin yksinkertainen. Sekaannusten välttämiseksi määritettiin normaalin jäätymis- tai sulamispisteen käsite , joka vastaa jäätymispistettä täsmälleen 1 atm:n paineessa. Tämä jäätymispiste on ainutlaatuinen ja ominaisuus jokaiselle puhtaalle aineelle. Kiehumispisteelle ja sublimaatiopisteelle on olemassa vastaava käsite.

Joten kun puhumme veden jäätymispisteestä, tarkoitamme melkein aina normaalia jäätymispistettä.

Mikä on veden jäätymis- tai sulamispiste?

Veden jäätymispiste 1 ilmakehän normaalipaineessa (eli veden normaali jäätymispiste) on juuri Celsius-lämpötila-asteikon vertailulämpötila, ja siksi sen arvo on 0°C. Toisaalta, kun Fahrenheit määritti hänen nimeään kantavan lämpötila-asteikon, hän asetti vertailupisteekseen alimman mittaamansa lämpötilan, jolle hän antoi arvon 0 °F ja sitten sulamispisteen eli jäätymispisteen. vettä, jonka lämpötila on 32°F.

Näiden kahden suositun lämpötilayksikön lisäksi on myös kaksi muuta yhtä tärkeää, jotka ovat Kelvinin absoluuttinen lämpötila-asteikko ja Rankinen asteikko. Seuraava taulukko näyttää veden jäätymispisteen neljällä mainitulla lämpötila-asteikolla:

Mittakaava veden jäätymispiste
Celsius (°C) 0°C
Kelvin (K) 273,15 tk
Fahrenheit (°F) 32°F
Rankine (°R) 491,67°R

Veden jäätymispisteeseen vaikuttavat tekijät

Paine

Olemme jo nähneet, että paine voi vaikuttaa veden jäätymispisteeseen. Tässä tapauksessa mitä korkeampi paine, sitä matalampi jäätymispiste, koska nestemäinen vesi on tiheämpää kuin jää. Muilla aineilla tapahtuu päinvastoin. Kokonaisvaikutus on kuitenkin melko pieni.

Seuraavassa taulukossa on esitetty paineen vaikutus veden jäätymispisteeseen useilla eri paineilla.

Paine (atm) T f (°C) T f (°F) Tf ( K) T f (°R)
0,01 0 32 273,20 491,70
0.1 0 32 273,20 491,70
1 0 32 273,15 491,67
10 -0,1 31.9 273.10 491,60
100 -0.8 30.6 272,40 490,30

liuenneita aineita tai epäpuhtauksia

Paineen lisäksi veden jäätymispiste voi vaihdella sen sisältämien epäpuhtauksien tai liuenneiden aineiden vuoksi. Tämä on seurausta ratkaisujen kolligatiivisesta ominaisuudesta, jota kutsutaan ”jäätymispisteen laskuksi”. Mitä suurempi liuenneiden aineiden (tai epäpuhtauksien) kokonaispitoisuus on, sitä alhaisempi on veden jäätymispiste. Tätä ominaisuutta käytetään jään sulattamiseen teillä lumisateen jälkeen ja nestemäisen veden jäätymisen estämiseen moottoreiden sisällä talvella.

Seuraava taulukko näyttää veden jäätymis- tai sulamispisteen 1 ilmakehän paineessa, mutta eri suolapitoisuuksilla (NaCl):

NaCl-pitoisuus (% m/m) T f (°C) T f (°F) Tf ( K) T f (°R)
0 0 32 273,15 491,67
0.5 -0.3 31.46 272,85 491,13
1 -0,59 30.94 272,56 490,61
2 -1.19 29.86 271,96 489,53
3 -1,79 28.78 271,36 488,45
4 -2.41 27.66 270,74 487,33
5 -3.05 26.51 270.1 486,18
6 -3.7 25.34 269,45 485,01
7 -4.38 24.12 268,77 483,79
8 -5.08 22.86 268.07 482,53
9 -5.81 21.54 267,34 481,21
10 -6.56 20.19 266,59 479,86
12 -8.18 17.28 264,97 476,95
14 -9.94 14.11 263,21 473,78
16 -11.89 10.6 261,26 470,27
18 -14.04 6.73 259.11 466,4
kaksikymmentä -16.46 2.37 256,69 462.04
26 -19.18 -2.52 253,97 457,15

Kuten voidaan nähdä, suolapitoisuus voi vaikuttaa voimakkaasti veden jäätymispisteeseen ja alentaa sitä 20 °C tai jopa enemmän.

Viitteet

Chang, R. (2008). Fysikaalinen kemia (1. painos ). New York City, New York: McGraw Hill.

Engineering Toolbox. (nd). Jää / vesi – sulamispisteet korkeammassa paineessa. Haettu 15. kesäkuuta 2021 osoitteesta https://www.engineeringtoolbox.com/water-melting-temperature-point-pressure-d_2005.html?vA=40&units=B#

kolligatiiviset ominaisuudet. (2020, 30. lokakuuta). Haettu 29. kesäkuuta 2021 osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1889

-Mainos-

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

mikä on booraksi