凝固点が下がる原因は何ですか?

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著者: Judy Howell
作成日: 1 J 2021
更新日: 13 5月 2024
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【高校化学】 物質の状態と平衡25 凝固点降下と過冷却 (7分)
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化学物質と物理物質の2種類の変化は、物質の凝固点に影響を与える可能性があります。いくつかの液体の凝固点を下げるには、2番目の可溶性物質を混合します。これが、道路塩が低温での融解水の再凍結を防ぐ方法です。圧力を変える物理的アプローチは、液体の凝固点を下げることもできます。また、通常の大気圧では見られない物質の異常な固体形態を生成する可能性があります。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

不凍液は水の凝固点を下げ、低温で液体を保ちます。程度は低いですが、砂糖と塩の両方がこれを行います。

分子がフリーズするとき

分子間の電気力は、物質が凍結して沸騰する温度を決定します。力が強いほど、温度は高くなります。たとえば、多くの金属は強い力に縛られています。鉄の融点は摂氏1,535度(華氏2,797度)です。水分子間の力はかなり弱いです。水は摂氏0度(華氏32度)で凍結します。溶媒混合物と圧力変動は、分子間の力を減らし、液体の凝固点を下げます。

混ぜて

1つの液体を別の適合物質と混合することにより、液体の凝固点を下げます。物質は、完全な混合を保証するために適合性でなければなりません。たとえば、油と水は分離しており、凝固点は変わりません。食卓塩と水の混合物は、水とアルコールの混合物と同様に、凝固点が低くなります。化学者は、関与する物質の量と2番目の物質に関連する定数を考慮に入れた式を適用することにより、凝固点の温度差を予測できます。たとえば、水と塩化ナトリウムについて計算し、結果が-2の場合、混合物の凝固点は純水よりも2°C(3.6°F)低くなります。

圧力を取り除く

圧力の変化は、物質の凝固点を上昇または低下させる可能性があります。一般に、1気圧より低い圧力では物質が凍結する温度が低くなりますが、水では、圧力が高いほど凝固点が低くなります。圧力変化からの力は、物質内で既に作用している分子力になります。低圧の水では、蒸気は液体にならずに直接氷に変わります。

アメージングホットアイス

水にはいくつかの固相があり、それぞれ異なる量の圧力で観察されます。科学者が「Ice I」と呼ぶ標準的な氷は、大気圧で存在し、特徴的な六角形の結晶構造を持っています。マイナス80度C(マイナス112度F)未満の温度では、1気圧の圧力で蒸気から立方体の氷の結晶が形成されます。高圧では、エキゾチックなタイプの氷が形成されます。科学者はそれらをIce IIからIce XVとして識別します。これらの形の氷は、1気圧の水の沸点である100度C(212度F)を超える温度でも固体のままです。