Varför har saltvatten lägre fryspunkt än sötvatten och varför har det även högre kokopunkt?
Dessa frågor spelar in i varandra så jag tänker att jag tar båda i samma post.
Mitt resonemang på 543 är följande:
Om en reaktion ska vara gynnsam måste den totala entropin öka. Därav vet vi att Gibbs fria energi måste vara mindre än noll. Det gäller alltså att: . Entalpiändringen för när saltvatten fryser jämfört med sötvatten bör vara ungefär likadan.
Den stora skillnaden på sötvatten och saltvatten är att vatten med salt i har högre systementropi. Dessutom vet vi att systementropin minskar när vatten fryser. Det betyder att systementropin för saltvatten måste minska mer än vad den gör för sötvatten när det fryser.
På 544 tänker jag liknande med Gibbs fria energi:
Utifrån ser vi att systementropin inte ökar lika mycket när saltvatten avdunstar jämfört med vanligt vatten. Detta beror på att saltvatten har högre systementropi än vad sötvatten har.
I allmänhet när något fryser leder det till sänkt entropi eftersom materian får ett mer ordnat tillstånd. I ett fast ämne är molekylerna väldigt svårrörliga. Samtidigt är frysning en exoterm process eftersom det friges energi när bindningar skapas mellan molekylerna.
Om vi tänker oss att vi istället har saltvatten som fryser, så kommer enbart vattnet att frysa. Det bildas alltså rena vattenkristaller, inte saltvattenkristaller. Det innebär samtidigt att saltet koncentreras i vätskan, vilket leder till sänkt entropi. Om vi sänker entropin ytterligare så måste temperaturen bli lägre för att kompensera för detta om det ska gälla att vilket alltid måste gälla vid fryspunkten. Alltså får man en fryspunktnedsättning.
När det gäller kokning sker det mesta tvärt om - processen är endoterm men leder till ökad entropi hos vattnet. Effekten av saltet är dock likadan, dvs det koncentreras när vätskan kokar vilket sänker entropin. Entropin ökar alltså totalt sett inte lika mycket som när rent vatten kokar, vilket gör att temperaturen måste öka lite för att kompensera för detta enligt samma samband som tidigare. Man får alltså en kokpunktshöjning.
Det kanske inte är uppenbart att entropin ökar när saltet koncentreras. Då kan du tänka på att entropin ju ökar när man löser upp ett salt i vatten, så när man gör motsatsen och tar bort vatten från saltet (koncentrerar lösningen) innebär det istället att entropin minskar.
Så på grund av att det i saltvatten inte bara bildas vattenkristaller, utan även ökar saltkoncentrationen, kommer entropin minska mer när man fryser saltvatten än när man fryser vanligt vatten?
Precis så. Och då ser du också att det är själva koncentreringen som är viktig och inte vad man koncentrerar. Du hade alltså fått samma effekt om du hade löst upp vilket ämne som helst. I bilar använder man t.ex. glykol för att sänka fryspunkten hos kylarvattnet.
Och i saltvatten ökar systementropin mindre än i vanligt vatten vid avdunstning, eftersom saltkoncentreringen motverkar entropiökningen?
Och om temperaturen ökar så minskar omgivningsentropin mindre och mindre, det vill säga det krävs en högre temperatur för att omgivningsentropin ska minska så lite att reaktionen blir gynnsam?
Nu hänger jag inte med. Antingen är jag för trött eller så får du försöka förklara tydligare hur du menar :)
Eftersom ökningen i systementropi inte blir lika stor när det finns salt i måste minskningen i omgivningsentropi bli mindre för att reaktionen ska ske, vilket den blir då temperaturen ökar. Vid högre temperaturer blir mindre vid endoterma reaktioner.
Ja det borde stämma.
