จุดเยือกแข็งของน้ำคืออะไร?

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


จุดเยือกแข็งหรือจุดแข็งตัวของของเหลว จะสอดคล้องกับอุณหภูมิลักษณะเฉพาะที่ความดันที่กำหนด ซึ่งของเหลวดังกล่าวจะกลายเป็นของแข็ง กล่าวอีกนัยหนึ่งคืออุณหภูมิที่เกิดกระบวนการแข็งตัวหรือการแช่แข็งของของเหลวเช่นน้ำ

โดยหลักการแล้ว การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ซึ่งสามารถเข้าถึงสมดุลได้ด้วยกระบวนการย้อนกลับ ซึ่งเรียกว่าฟิวชัน ตัวอย่างเช่น ในกรณีของน้ำ:

จุดเยือกแข็งของน้ำ

ด้วยเหตุผลนี้ จุดเยือกแข็งของน้ำยังสามารถกำหนดเป็นอุณหภูมิที่สมดุลของเฟสถูกสร้างขึ้นระหว่างน้ำที่เป็นของแข็งและของเหลวที่ความดันที่พบระบบ .

เนื่องจากมีความสมดุลระหว่างการหลอมเหลวและการแข็งตัว ดังนั้นจุดเยือกแข็งจึงกลายเป็นจุดเดียวกับจุดหลอมเหลว

จุดเยือกแข็งเทียบกับจุดเยือกแข็งปกติของน้ำ

ควรชี้แจงว่าจุดเยือกแข็งของสารใด ๆ ไม่ใช่ปริมาณที่แน่นอน เนื่องจากขึ้นอยู่กับความดันที่พบระบบ ซึ่งหมายความว่า น้ำจะไม่ละลายที่อุณหภูมิเดียวกันที่ระดับน้ำทะเลซึ่งมีความดันประมาณ 1 atm เช่นเดียวกับบนภูเขาที่ 2,000 masl ซึ่งความดันน้อยกว่า 0.8 atm

สามารถพูดได้เช่นเดียวกันเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเฟสอื่น ๆ และผลกระทบต่อจุดเดือดนั้นแย่กว่าจุดเยือกแข็ง

อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องที่น่าถามว่าทำไมจึงพูดถึง “จุดเยือกแข็ง” ราวกับว่ามันเป็นเพียงจุดเดียว? เหตุผลนั้นง่ายมาก เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน แนวคิดของ จุดเยือกแข็งปกติหรือจุดหลอมเหลวได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งสอดคล้องกับจุดเยือกแข็งที่ความดัน 1 atm จุดเยือกแข็งนี้เป็นลักษณะเฉพาะของสารบริสุทธิ์แต่ละชนิด มีแนวคิดที่สมมูลกันสำหรับจุดเดือดและจุดระเหิด

ดังนั้น เมื่อเราพูดถึงจุดเยือกแข็งของน้ำ เราก็มักจะหมายถึงจุดเยือกแข็งปกติ

จุดเยือกแข็งหรือจุดหลอมเหลวของน้ำคืออะไร?

จุดเยือกแข็งของน้ำที่ความดันปกติ 1 บรรยากาศ (นั่นคือจุดเยือกแข็งปกติของน้ำ) คืออุณหภูมิอ้างอิงของสเกลอุณหภูมิเซลเซียสอย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงมีค่าเท่ากับ 0°C ในทางกลับกัน เมื่อฟาเรนไฮต์กำหนดสเกลอุณหภูมิตามชื่อของเขา เขาตั้งอุณหภูมิต่ำสุดที่เขาสามารถบันทึกได้เป็นจุดอ้างอิง ซึ่งเขาได้กำหนดค่าเป็น 0°F จากนั้นจึงกำหนดจุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็ง ของน้ำอุณหภูมิ 32°F

นอกจากหน่วยอุณหภูมิยอดนิยมสองหน่วยนี้แล้ว ยังมีอีกสองหน่วยที่สำคัญไม่แพ้กัน นั่นคือมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์เคลวินและมาตราส่วนแรงคิน ตารางต่อไปนี้แสดงจุดเยือกแข็งของน้ำในสเกลอุณหภูมิทั้งสี่ที่กล่าวถึง:

มาตราส่วน จุดเยือกแข็งของน้ำ
เซลเซียส (°C) 0°ซ
เคลวิน (K) 273.15K
ฟาเรนไฮต์ (°F) 32°ฟ
แรงคิน (°R) 491.67°ร

ปัจจัยที่มีผลต่อจุดเยือกแข็งของน้ำ

ความดัน

เราได้เห็นแล้วว่าความดันสามารถส่งผลต่อจุดเยือกแข็งของน้ำได้ ในกรณีนี้ ยิ่งความดันสูง จุดเยือกแข็งก็จะยิ่งต่ำ เนื่องจากน้ำที่เป็นของเหลวมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำแข็ง กับสารอื่น ๆ สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ผลกระทบโดยรวมค่อนข้างน้อย

ในการสังเกตผลกระทบของความดันต่อจุดเยือกแข็งของน้ำ จะแสดงในตารางต่อไปนี้ที่ความดันต่างๆ

ความดัน (เอทีเอ็ม) ( °C) ที (°F) ทีเอฟ( K) ( °R)
0.01 0 32 273.20 น 491.70
0.1 0 32 273.20 น 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 น 490.30

ตัวถูกละลายหรือสิ่งเจือปน

นอกจากความดันแล้ว จุดเยือกแข็งของน้ำอาจเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากมีสิ่งเจือปนหรือตัวถูกละลายอยู่ในนั้น นี่เป็นผลมาจากคุณสมบัติการทำงานร่วมกันของสารละลายที่เรียกว่า “จุดเยือกแข็งตกต่ำ” ยิ่งความเข้มข้นรวมของตัวถูกละลาย (หรือสิ่งเจือปน) สูงขึ้น จุดเยือกแข็งของน้ำก็จะยิ่งต่ำลง คุณสมบัตินี้ใช้เพื่อละลายน้ำแข็งบนถนนหลังหิมะตก และเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำของเหลวกลายเป็นน้ำแข็งภายในเครื่องยนต์ในช่วงฤดูหนาว

ตารางต่อไปนี้แสดงจุดเยือกแข็งหรือจุดหลอมเหลวของน้ำที่ความดัน 1 บรรยากาศ แต่มีความเข้มข้นของเกลือทั่วไป (NaCl) ต่างกัน

ความเข้มข้นของ NaCl (%m/m) ( °C) ที (°F) ทีเอฟ( K) ( °R)
0 0 32 273.15 491.67
0.5 -0.3 31.46 น 272.85 491.13
1 -0.59 30.94 272.56 490.61
2 -1.19 29.86 น 271.96 489.53
3 -1.79 28.78 น 271.36 488.45
4 -2.41 27.66 น 270.74 487.33
5 -3.05 26.51 น 270.1 486.18
6 -3.7 25.34 น 269.45 485.01
7 -4.38 24.12 268.77 483.79
8 -5.08 22.86 น 268.07 482.53
9 -5.81 21.54 น 267.34 481.21
10 -6.56 20.19 น 266.59 479.86
12 -8.18 17.28 น 264.97 476.95
14 -9.94 14.11 น 263.21 473.78
16 -11.89 10.6 261.26 470.27
18 -14.04 6.73 259.11 466.4
ยี่สิบ -16.46 น 2.37 256.69 462.04
26 -19.18 -2.52 253.97 457.15

อย่างที่คุณเห็น ความเข้มข้นของเกลือสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อจุดเยือกแข็งของน้ำ และลดลงได้ถึง 20°C หรือมากกว่านั้น

อ้างอิง

ช้าง ร. (2551). เคมีเชิงฟิสิกส์ ( ฉบับ ที่ 1 ) นิวยอร์กซิตี้, นิวยอร์ก: McGraw Hill

กล่องเครื่องมือวิศวกรรม (น). น้ำแข็ง / น้ำ – จุดหลอมเหลวที่ความดันสูง สืบค้นเมื่อ 15 มิถุนายน 2021 จากhttps://www.engineeringtoolbox.com/water-melting-temperature-point-pressure-d_2005.html?vA=40&units=B#

คุณสมบัติ colligative. (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นเมื่อ 29 มิถุนายน 2021 จากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1889

-โฆษณา-

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

Artículos relacionados