Tabla de Contenidos
จุดเยือกแข็งหรือจุดแข็งตัวของของเหลว จะสอดคล้องกับอุณหภูมิลักษณะเฉพาะที่ความดันที่กำหนด ซึ่งของเหลวดังกล่าวจะกลายเป็นของแข็ง กล่าวอีกนัยหนึ่งคืออุณหภูมิที่เกิดกระบวนการแข็งตัวหรือการแช่แข็งของของเหลวเช่นน้ำ
โดยหลักการแล้ว การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ซึ่งสามารถเข้าถึงสมดุลได้ด้วยกระบวนการย้อนกลับ ซึ่งเรียกว่าฟิวชัน ตัวอย่างเช่น ในกรณีของน้ำ:
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) | ฉ( °C) | ทีฉ (°F) | ทีเอฟ( K) | ฉ( °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) | ฉ( °C) | ทีฉ (°F) | ทีเอฟ( K) | ฉ( °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