Smeltpunt glycerine/water mengsels

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 18

Smeltpunt glycerine/water mengsels

Wanneer glycerine en water met elkaar gemengd worden, heeft het mengsel een lager smeltpunt dan zowel water als glycerine (zie afbeelding)
 
Afbeelding
 
Hartstikke leuk, maar kan iemand mij vertellen wat nou de exacte oorzaak hiervan is?
 
Bij voorbaat dank
"Voor zover de stellingen van de wiskunde betrekking hebben op de werkelijkheid zijn ze niet zeker, en voor zover ze zeker zijn hebben ze geen betrekking op de werkelijkheid." Albert Einstein

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

Van mijn materiaalleer van een halve eeuw geleden herinner ik mij nog het volgende (bij metalen):
 
Een puur metaal heeft een regelmatig geordend kristalrooster dat door intermoleculaire krachten bijeen gehouden wordt.
Er is energie nodig (wat resulteert in een hogere temperatuur) om dat rooster te verstoren. Bij een bepaalde energietoevoer/temperatuur wordt de bewegingsenergie van de moleculen zo groot dat de intermoleculaire krachten onvoldoende zijn om het rooster in stand te houden; het metaal smelt. Hoe regelmatiger het rooster, hoe sterker die intermoleculaire krachten zijn, hoe meer energie er nodig is, hoe hoger het smeltpunt is.
 
Bij een mengsel van metalen is het kristalrooster minder strak geordend, de intermoleculaire krachten zijn daardoor minder sterk en dan is er minder energie (temperatuur) nodig om dat rooster af te breken.
 
Er is in de reeks van mengverhoudingen (legering) van twee metalen dus een punt (ik dacht het eutectisch punt geheten) waarbij de onderlinge verstoring van de respectievelijke roosters het grootst is, en dus het smeltpunt het laagst. Links en rechts van dit punt is het kristalrooster van de legering dus minder verstoord wat resulteert in meer benodigde energie, c.q. een hoger smeltpunt.
 
Bij glycerine en water ligt dat eutectisch punt kennelijk bij ongeveer 66% glycerine en 33% water.
 
Het is lang geleden, dus misschien kan een ander met minder belegen kennis er nog wat zinnigers over zeggen.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.234

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

Heb jij ooit gehoord van Blagden's Law?
 
https://en.wikipedia.org/wiki/Freezing-point_depressionkan misschien wat meer informatie verschaffen.
Niet geschoten is altijd mis, en te snel schieten vaak ook.
 
Ik ben intelligent want ik weet dat ik niks weet. Socrates

Berichten: 18

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

Beiden, dank voor jullie informatie
"Voor zover de stellingen van de wiskunde betrekking hebben op de werkelijkheid zijn ze niet zeker, en voor zover ze zeker zijn hebben ze geen betrekking op de werkelijkheid." Albert Einstein

Berichten: 12.262

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

Ik denk dat het bij glycerine/water dichter bij het legerings-model zit dan bij het model van bijvoorbeeld zout in water. 
 
Overigens durf ik niet met zekerheid te zeggen dan bijvoorbeeld een 50/50 mengsel als geheel zal bevriezen bij pakweg -30 graden, of dat er mogelijk een water-rijke fractie kristalliseert een een glycerine-rijke fractie vloeibaar achterblijft (zoiets gebeurd bijvoorbeeld wel met ethanol-water mengsels waar het water domweg uitvriest). 
Victory through technology

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.386

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

Bij kleine concentraties van glycerol in water, en water in glycerol zal Blagden's Law ongeveer kloppen, dus aan beide uiteinden van de grafiek zal de richtingscoefficient waarschijnlijk ongeveer gelijk zijn aan de theorie van vriespuntsverlaging. Bij hogere concentraties van G in W en W in G gaat dat niet meer op omdat beide molekulen erg polair zijn en bovendien H-bruggen vormen. De activiteitscoefficienten van G en W veranderen met de concentratie en verstoren mooie simpele theorië. Resultaat is blijkbaar geen mooie rechte lijn voor G in W, maar W in G lijkt daar toch nauwelijks last van te hebben.
 
Als men bijvoorbeeld een 50/50 mengsel G/W afkoelt zal bij ongeveer -23 oC waterijs beginnen te kristalliseren.
Er ontstaan dan geen mengkristallen met daarin ook glycerol.
De achterblijvende oplossing is dan rijker aan glycerol en heeft daardoor een iets lager vriespunt.
Bij verder verlagen van de temperatuur kristalliseert er dan weer alleen waterijs en de achterblijvende oplossing is weer wat rijker aan glycerol.
Bij verder afkoelen bereikt de overblijvende oplossing uiteindelijk het eutectisch punt (-46 oC & 67 %) en kristalliseert volledig uit.
 
Zou men een 80/20 G/W mengsel afkoelen dan zal bij ongeveer -20 oC zuivere glycerol uitkristalliseren en wordt de overblijvende oplossing iets rijker in water. Et cetera. Uiteindelijk eindigt steeds verder afkoelen dan ook met volledige kristallisatie in het eutectisch punt.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.386

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

ElRojo schreef: Wanneer glycerine en water met elkaar gemengd worden, heeft het mengsel een lager smeltpunt dan zowel water als glycerine (zie afbeelding)
Afbeelding
 
De titel van dit topic is eigenlijk verkeerd gekozen. De grafiek geeft niet het smeltpunt maar het vriespunt van glycerol/water mengsels.
 
En voor de volledigheid: het % op de x-as is massa%.

Berichten: 12.262

Re: Smeltpunt glycerine/water mengsels

In de praktijk is het natuurlijk best belangrijk. 
 
Als je bijvoorbeeld water/glycerol mengsels gebruikt als koelvoeitstof in een auto maakt het nogal een verschil of de hele boel vastvriest tot een solide massa, of dat je juist een scheiding krijgt met een vloeibare, glycerol-rijke fractie met daarin wat ronzwervende ijskristallen. Dat laatste kan door een pomp mogelijk nog best verplaatst worden, en als de motor een beetje opwarmt dan lossen die ijskristallen gewoon weer op. 
 
In nederland maakt het niet zoveel uit, kouder dan -20 wordt het hier zeer zelden, al is de test-temperatuur voor zover ik weet officieel nog wel -30 voor koelvloeistof. In scandinavie zal het vast anders liggen en is zelfs het eutectische mengsel soms niet goed genoeg. Uiteraard kun je andere koelvoeistoffen gebruiken, desnoods pure ethanol dat op aarde nooit bevriest, maar wel weer brandbaar is en sneller verdampt. 
Victory through technology

Reageer