Ποιο είναι το σημείο πήξης του νερού;

Το σημείο πήξης ή το σημείο στερεοποίησης ενός υγρού αντιστοιχεί στη χαρακτηριστική θερμοκρασία σε μια δεδομένη πίεση, στην οποία το εν λόγω υγρό γίνεται στερεό. Με άλλα λόγια, είναι η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει η διαδικασία στερεοποίησης ή κατάψυξης ενός υγρού όπως το νερό.

Κατ’ αρχήν, αυτή η αλλαγή φάσης είναι μια αναστρέψιμη αλλαγή που μπορεί να φτάσει σε ισορροπία με την αντίστροφη διαδικασία, η οποία ονομάζεται σύντηξη. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του νερού:

Για το λόγο αυτό, το σημείο πήξης του νερού μπορεί επίσης να οριστεί ως η θερμοκρασία στην οποία επιτυγχάνεται η ισορροπία φάσης μεταξύ στερεού και υγρού νερού στην πίεση στην οποία βρίσκεται το σύστημα .

Δεδομένου ότι υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ τήξης και στερεοποίησης, τότε το σημείο πήξης αποδεικνύεται ότι είναι το ίδιο με το σημείο τήξης.

Σημείο πήξης έναντι κανονικού σημείου πήξης του νερού

Θα πρέπει να διευκρινιστεί ότι το σημείο πήξης οποιασδήποτε ουσίας δεν είναι σταθερή ποσότητα, αφού εξαρτάται από την πίεση στην οποία βρίσκεται το σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι το νερό, για παράδειγμα, δεν θα λιώσει στην ίδια θερμοκρασία στο επίπεδο της θάλασσας, όπου η πίεση είναι περίπου 1 atm, όπως σε ένα βουνό στα 2.000 mL, όπου η πίεση είναι μικρότερη από 0,8 atm.

Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τις άλλες αλλαγές φάσης, και το αποτέλεσμα είναι ακόμη χειρότερο για το σημείο βρασμού παρά για το ίδιο το σημείο πήξης.

Ωστόσο, αξίζει να ρωτήσουμε, γιατί τότε γίνεται λόγος για «σημείο παγώματος» σαν να ήταν μόνο ένα; Ο λόγος είναι πολύ απλός. Για να αποφευχθεί η σύγχυση, καθιερώθηκε η έννοια του κανονικού σημείου πήξης ή τήξης , το οποίο αντιστοιχεί στο σημείο πήξης σε πίεση ακριβώς 1 atm. Αυτό το σημείο πήξης είναι μοναδικό και χαρακτηριστικό για κάθε καθαρή ουσία. Υπάρχει μια αντίστοιχη έννοια για το σημείο βρασμού και το σημείο εξάχνωσης.

Όταν λοιπόν μιλάμε για το σημείο πήξης του νερού, σχεδόν πάντα αναφερόμαστε στο κανονικό σημείο πήξης.

Ποιο είναι το σημείο πήξης ή τήξης του νερού;

Το σημείο πήξης του νερού στην κανονική πίεση 1 ατμόσφαιρας (δηλαδή το κανονικό σημείο πήξης του νερού) είναι ακριβώς η θερμοκρασία αναφοράς της κλίμακας θερμοκρασίας Κελσίου και επομένως αξίζει 0°C. Από την άλλη πλευρά, όταν ο Φαρενάιτ καθόρισε την κλίμακα θερμοκρασίας που φέρει το όνομά του, όρισε ως σημείο αναφοράς τη χαμηλότερη θερμοκρασία που μπορούσε να καταγράψει, στην οποία όρισε την τιμή 0°F και στη συνέχεια όρισε το σημείο τήξης ή το σημείο πήξης νερού σε θερμοκρασία 32°F.

Εκτός από αυτές τις δύο δημοφιλείς μονάδες θερμοκρασίας, υπάρχουν επίσης δύο άλλες εξίσου σημαντικές, οι οποίες είναι η κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας Kelvin και η κλίμακα Rankine. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει το σημείο πήξης του νερού στις τέσσερις κλίμακες θερμοκρασίας που αναφέρονται:

Παράγοντες που επηρεάζουν το σημείο πήξης του νερού

Η πίεση

Έχουμε ήδη δει ότι η πίεση μπορεί να επηρεάσει το σημείο πήξης του νερού. Σε αυτή την περίπτωση, όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση, τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο πήξης, αφού το υγρό νερό είναι πιο πυκνό από τον πάγο. Με άλλες ουσίες συμβαίνει το αντίθετο. Ωστόσο, το συνολικό αποτέλεσμα είναι αρκετά μικρό.

Για να παρατηρήσετε την επίδραση της πίεσης στο σημείο πήξης του νερού, παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα σε πολλές διαφορετικές πιέσεις.

διαλυμένες ουσίες ή ακαθαρσίες

Εκτός από την πίεση, το σημείο πήξης του νερού μπορεί να ποικίλλει λόγω της παρουσίας ακαθαρσιών ή διαλυμένων διαλυμένων ουσιών σε αυτό. Αυτό είναι συνέπεια μιας συλλογικής ιδιότητας των λύσεων που ονομάζεται «κατάθλιψη σημείου πήξης». Όσο υψηλότερη είναι η συνολική συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών (ή ακαθαρσιών), τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο πήξης του νερού. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται για την τήξη του πάγου στους δρόμους μετά από μια χιονόπτωση και για την αποφυγή παγώματος υγρού νερού μέσα στους κινητήρες κατά τη διάρκεια του χειμώνα.

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει το σημείο πήξης ή τήξης του νερού σε πίεση 1 ατμόσφαιρας αλλά σε διαφορετικές συγκεντρώσεις κοινού άλατος (NaCl):

Όπως φαίνεται, η συγκέντρωση του αλατιού μπορεί να επηρεάσει έντονα το σημείο πήξης του νερού και να το μειώσει κατά 20°C ή και περισσότερο.

βιβλιογραφικές αναφορές

Chang, R. (2008). Physical Chemistry (1st ^ed .). Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη: McGraw Hill.

Μηχανική Εργαλειοθήκη. (ν). Πάγος / Νερό – Σημεία τήξης σε υψηλότερη πίεση. Ανακτήθηκε στις 15 Ιουνίου 2021, από https://www.engineeringtoolbox.com/water-melting-temperature-point-pressure-d_2005.html?vA=40&units=B#

συλλογικές ιδιότητες. (2020, 30 Οκτωβρίου). Ανακτήθηκε στις 29 Ιουνίου 2021, από https://espanol.libretexts.org/@go/page/1889