Točke strjevanja strjevanja in primeri



The strjevanje sprememba, ki jo ima tekočina, ko preide v trdno fazo. Tekočina je lahko čista snov ali mešanica. Sprememba je lahko tudi posledica padca temperature ali kemijske reakcije.

Kako je mogoče pojasniti ta pojav? Vizualno začne tekočina postajati okamenela ali strjena, tako da preneha prosto teči. Vendar pa je strjevanje dejansko sestavljeno iz vrste korakov, ki se pojavljajo pri mikroskopskih lestvicah.

Primer strjevanja je tekoči mehurček, ki zamrzne. Na zgornji sliki lahko vidite, kako mehurček zmrzne, ko zadene sneg. Kaj je del mehurčka, ki se začne strjevati? Kar je v neposrednem stiku s snegom. Sneg deluje kot opora, na katero se lahko namestijo molekule mehurčka.

Strjevanje se hitro sproži z dna mehurčka. To je razvidno iz "steklenih borovcev", ki segajo do celotne površine. Te bore odražajo rast kristalov, ki niso nič drugega kot urejena in simetrična razporeditev molekul.

Da bi prišlo do strjevanja, je treba delce tekočine urediti tako, da medsebojno delujejo. Te interakcije postanejo močnejše, ko temperatura pada, kar vpliva na molekularno kinetiko; to pomeni, da postanejo počasnejši in postanejo del kristala.

Ta proces je znan kot kristalizacija, prisotnost jedra (majhni agregati delcev) in podpora pospešuje ta proces. Ko se tekočina kristalizira, se reče, da se je strdila ali zamrznila.

Indeks

  • 1 Entalpija strjevanja
    • 1.1 Zakaj je temperatura v strjevanju konstantna?
  • 2 Točka zmrzovanja
    • 2.1 Strjevanje in tališče
    • 2.2 Molekularno urejanje
  • 3 Supercooling
  • 4 Primeri strjevanja
  • 5 Reference

Entalpija strjevanja

Vse snovi se ne strdijo pri enaki temperaturi (ali pod isto obdelavo). Nekateri celo "zamrznejo" nad sobno temperaturo, kot se zgodi pri trdnih delcih z visokim tališčem. To je odvisno od vrste delcev, ki sestavljajo trdno snov ali tekočino.

V trdnem delu močno vplivajo in ostanejo vibrirajoči v fiksnih položajih prostora, brez svobode gibanja in z določenim volumnom, medtem ko imajo v tekočini sposobnost premikanja kot številne plasti, ki se premikajo med seboj in zasedajo prostornino vsebnik, ki ga vsebuje.

Trdna snov zahteva toplotno energijo, ki prehaja v tekočo fazo; Z drugimi besedami, potrebuje toploto. Toplota se pridobiva iz okolice in najmanjša količina, ki absorbira prvo kapljico tekočine, je znana kot latentna toplota fuzije (ΔHf)..

Po drugi strani pa mora tekočina izpustiti toploto v svojo okolico, da uredi svoje molekule in kristalizira v trdni fazi. Sproščena toplota je torej latentna toplota strjevanja ali zamrzovanja (ΔHc). Oba ΔHf in ΔHc sta enaka po velikosti, vendar z nasprotnimi smeri; prva nosi pozitiven znak, drugi pa negativni znak.

Zakaj je temperatura v strjevanju konstantna?

V določenem trenutku začne tekočina zamrzniti in termometer prikazuje temperaturo T. Čeprav se ni popolnoma strdila, T ostane konstantna. Ker ima ΔHc negativen predznak, je sestavljen iz eksotermnega procesa, ki sprosti toploto.

Zato bo termometer odčital toploto, ki jo sprosti tekočina, med njeno fazno spremembo, s čimer je preprečila padanje temperature. Na primer, če v posodo z tekočino vstavite ledeno kopel. T se T ne zmanjšuje, dokler ni popolna strditev.

Katere enote spremljajo te meritve toplote? Običajno kJ / mol ali J / g. Te se razlagajo na naslednji način: kJ ali J je količina toplote, ki zahteva 1 mol tekočine ali 1 g, da se lahko ohladi ali strdi.

V primeru vode je npr. ΔHc enak 6,02 kJ / mol. To pomeni, da mora 1 mol čiste vode sprostiti 6,02 kJ toplote, da lahko zamrzne, in ta toplota ohranja temperaturo v procesu. Podobno mora 1 mol ledu absorbirati 6,02 kJ toplote, da se tali.

Točka zmrzovanja

Pri natančni temperaturi, kjer se proces odvija, je znana kot točka strjevanja (Tc). To se pri vseh snoveh spreminja glede na to, kako močne so njihove intermolekularne interakcije v trdni snovi.

Čistost je prav tako pomembna spremenljivka, saj se nečista trdna snov ne strdi pri enaki temperaturi kot čista. Zgoraj navedeno je znano kot padec točke zmrzovanja. Za primerjavo točk strjevanja snovi je treba kot referenco uporabiti čim bolj čiste snovi.

Vendar pa istega ni mogoče uporabiti za raztopine, kot v primeru kovinskih zlitin. Za primerjavo njihovih točk strjevanja je treba upoštevati mešanice z enakim masnim deležem; to je z enakimi koncentracijami njegovih sestavin.

Zagotovo je strdišče zelo znanstveno in tehnološko zanimivo v zvezi z zlitinami in drugimi vrstami materialov. To je zato, ker lahko nadzorujete čas in kako se ohladijo, lahko dobite nekaj zaželenih fizičnih lastnosti ali se izognete neprimernim za določene aplikacije..

Zato je razumevanje in proučevanje tega koncepta zelo pomembno v metalurgiji in mineralogiji, kakor tudi v kateri koli drugi znanosti, ki zasluži izdelavo in karakterizacijo materiala..

Strjevanje in tališče

Teoretično mora biti Tc enaka temperaturi ali tališču (Tf). Vendar to ne velja vedno za vse snovi. Glavni razlog je v tem, da je na prvi pogled lažje prekiniti molekule trdne snovi, kot da bi uredili tekočine tekočine..

Zato je v praksi zaželeno uporabiti Tf, da kvalitativno izmerimo čistost spojine. Na primer, če ima spojina X veliko nečistoč, bo njen Tf bolj oddaljen od čistega X v primerjavi z drugim z višjo čistostjo.

Molekularno urejanje

Kot smo doslej povedali, se strjevanje nadaljuje do kristalizacije. Nekatere snovi glede na naravo njihovih molekul in njihove interakcije zahtevajo zelo nizke temperature in visoke pritiske, da se lahko strdi.

Na primer, tekoči dušik se dobi pri temperaturah pod -196 ° C. Da bi ga strdili, bi ga bilo potrebno še bolj ohladiti ali povečati pritisk nanj, tako da bi se N molekulami silile.2 da se združijo, da se ustvarijo jedra kristalizacije.

Enako velja za druge pline: kisik, argon, fluor, neon, helij; in za najbolj ekstremne od vseh, vodik, katerega trdna faza je vzbudila veliko zanimanja za njegove potencialne lastnosti brez primere.

Po drugi strani pa je najbolj znan primer suhi led, kar ni nič drugega kot CO2 katerih bele pare nastanejo zaradi sublimacije iste pri atmosferskem tlaku. Ti so bili uporabljeni za ponovno ustvarjanje meglice v scenarijih.

Za strditev spojine ni odvisna samo od Tc, temveč tudi od tlaka in drugih spremenljivk. Manjše molekule (H2) in slabše so njihove interakcije, težje jih je prisiliti, da se premaknejo v trdno stanje.

Prehladitev

Tekočina, bodisi snov ali zmes, se bo začela zamrzniti pri temperaturi na točki strjevanja. Vendar pa lahko pod določenimi pogoji (kot so visoka čistost, počasen čas hlajenja ali zelo energetsko okolje) tekočina prenaša nižje temperature brez zmrzovanja. To se imenuje superhladenje.

Tega pojava še ni popolnoma pojasnjena, vendar teorija meni, da vse tiste spremenljivke, ki preprečujejo rast kristalizacijskih jeder, spodbujajo prekomerno hlajenje..

Zakaj? Ker se iz jedra tvorijo veliki kristali po dodajanju okoliških molekul. Če je ta postopek omejen, tudi če je temperatura pod Tc, bo tekočina ostala nespremenjena, kot se zgodi z drobnimi kapljicami, ki sestavljajo in na oblakih vidijo oblake..

Vse hlajene tekočine so metastabilne, kar pomeni, da so občutljive na najmanjše zunanje motnje. Na primer, če dodajo majhen košček ledu ali jih malo stresajo, se takoj zamrznejo, kar povzroči zabaven in enostaven eksperiment..

Primeri strjevanja

-Čeprav ni trdna, je želatina primer strjevanja s hlajenjem.

-Staljeno steklo se uporablja za izdelavo in oblikovanje mnogih predmetov, ki po ohladitvi ohranijo svoje končne definirane oblike.

-Tako kot se je mehurček zamrznil ob stiku s snegom, se lahko steklenička sode trpi zaradi istega procesa; in če je podhladen, bo njegovo zamrzovanje trenutno.

-Ko lava izbruhne iz vulkanov, ki pokrivajo njene robove ali zemeljsko površino, se strdi, ko izgubi temperaturo, dokler se ne spremeni v magmatske skale..

-Jajca in pecivo se strdijo s povišanjem temperature. Podobno deluje tudi sluznica nosu, vendar zaradi dehidracije. Drug primer lahko najdemo tudi v barvah ali lepilih.

Vendar je treba opozoriti, da strjevanje v teh primerih ni posledica ohlajevanja. Zato dejstvo, da se tekočina strdi, ne pomeni nujno, da zamrzne (ne zmanjša njene temperature občutno); ko pa tekočina zamrzne, se konča strjevanje.

Druge:

- Pretvorba vode v led: to se zgodi pri 0 ° C, kar povzroči nastanek ledu, snega ali ledenih kock.

- Vosek sveče, ki se topi s plamenom in se ponovno strdi.

- Zamrzovanje hrane za njeno ohranitev: v tem primeru zamrzne molekule vode v celicah mesa ali zelenjave..

- Pihalno steklo: topi se do oblike in se potem strdi.

- Proizvodnja sladoleda: ponavadi so mlečni, ki se strdi.

- Pri pridobivanju sladkarij, ki se stopijo in strjeni sladkor.

- Maslo in margarina sta maščobni kislini v trdnem stanju.

- Metalurgija: pri izdelavi ingotov ali nosilcev ali struktur nekaterih kovin.

- Cement je mešanica apnenca in gline, ki ima v mešanici z vodo lastnost utrjevanja.

- Pri izdelavi čokolade se kakav v prahu zmeša z vodo in mlekom, ki se po sušenju strdi.

Reference

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija (8. izd.). CENGAGE Learning, str. 448, 467.
  2. Wikipedija. (2018). Zamrzovanje Vzeto iz: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (16. maj 2008) Strjevanje [PDF] Vzeto iz: infohost.nmt.edu/
  4. Fuzija in strjevanje. Vzeto iz: juntadeandalucia.es
  5. Dr. Carter. Strjevanje taline. Vzeto iz: itc.gsw.edu/
  6. Eksperimentalna razlaga prehladitve: zakaj voda ne zamrzne oblakov. Vzeto iz: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. junij 2018). Definicija strdkov in primeri. Vzeto iz: thoughtco.com