Szilárdítási szilárdítási pont és példák

az megszilárdulás a változás folyékony élmény, amikor a szilárd fázisba megy. A folyadék tiszta anyag vagy keverék lehet. A változás a hőmérséklet csökkenése vagy kémiai reakció következtében is előfordulhat.

Hogyan magyarázható ez a jelenség? Vizuálisan a folyadék elkezd megkövülni vagy keményedni ahhoz a pontig, hogy szabadon áramlik. A megszilárdulás azonban valójában egy sor lépést tartalmaz, amelyek mikroszkópos skálákon fordulnak elő.

A megszilárdulás egyik példája egy folyadékbuborék, amely lefagy. A fenti képen látható, hogy egy buborék fagy, amikor a hóba esik. Mi a része a buboréknak, ami megszilárdulni kezd? Ami közvetlenül érintkezik a hóval. A hó olyan támaszként működik, amelyen a buborék molekulái elhelyezhetők.

A buborékok alján gyorsan megszilárdul a megszilárdulás. Ez látható az „üvegpincékben”, amelyek a teljes felületet lefedik. Ezek a fenyők tükrözik a kristályok növekedését, ami nem más, mint a molekulák rendezett és szimmetrikus elrendezése.

Ahhoz, hogy a megszilárdulás bekövetkezzen, szükséges, hogy a folyadék részecskéi úgy legyenek elrendezve, hogy kölcsönhatásba lépjenek egymással. Ezek a kölcsönhatások erősödnek, amikor a hőmérséklet csökken, ami befolyásolja a molekuláris kinetikát; vagyis lassabbá válnak és a kristály részévé válnak.

Ezt a folyamatot kristályosításnak nevezik, és a mag jelenléte (kis részecskék aggregátuma) és egy támaszték felgyorsítja ezt a folyamatot. Miután a folyadék kristályosodott, azt mondják, hogy megszilárdult vagy fagyott.

index

• 1 A megszilárdulás entalpiája
  • 1.1 Miért marad a hőmérséklet a szilárdítás során?
• 2 Fagyasztási pont
  • 2.1 Szilárdulás és olvadáspont
  • 2.2 Molekuláris rendelés
• 3 Felfűtés
• 4 Példák a megszilárdulásra
• 5 Referenciák

A megszilárdulás entalpiája

Nem minden anyag ugyanazon a hőmérsékleten megszilárdul (vagy ugyanazon kezelés alatt). Néhányan még a "szobahőmérséklet" fölötti "fagyasztást" is jelentik, amint azt a magas olvadáspontú szilárd anyagokkal végezzük. Ez a szilárd vagy folyékony alkotórész típusától függ.

A szilárd anyagban erőteljesen kölcsönhatásba lépnek, és a tér rögzített helyzeteiben rezgődnek, mozgásszabadságuk és meghatározott térfogatuk nélkül, miközben a folyadékban képesek mozgatni, mint a különböző rétegek, amelyek egymás felett mozognak, elfoglalva a térfogatot. tartály, amely tartalmazza.

A szilárd anyagnak a folyadékfázisba való áthaladásához hőenergia szükséges; Más szavakkal, hőre van szükség. A hőt a környezetéből nyerik, és a minimális mennyiség, amely elnyeli az első folyadékcsepp előállítását, a fúzió látens hőként ismert (ΔHf)..

Másrészről, a folyadéknak ki kell engednie a környezetét, hogy molekuláit rendelje és a szilárd fázisban kristályosodjon. A felszabaduló hő a megszilárdulás vagy a fagyás látens hője (ΔHc). Mind a ΔHf, mind az ΔHc nagysága egyenlő, de ellentétes irányban; az első pozitív jelet és a második negatív jelet hordozza.

Miért a hőmérséklet állandó marad a megszilárdulás során?

Egy bizonyos pillanatban a folyadék fagyni kezd, és a hőmérő T hőmérsékletet mutat. Bár nem teljesen megszilárdult, T állandó marad. Mivel az ΔHc negatív jele van, egy exoterm folyamatból áll, amely hőt szabadít fel.

Ezért a hőmérő leolvassa a folyadék által a fázisváltozás során felszabaduló hőt, ellensúlyozva a hőmérséklet-csökkenést. Például, ha a folyadékot tartalmazó tartályt jégfürdőbe helyezi. Így a T nem csökken, amíg a szilárdítás teljes egészében nem teljes.

Mely egységek kísérik ezeket a hőméréseket? Általában kJ / mol vagy J / g. Ezeket a következőképpen értelmezzük: kJ vagy J a hőmennyiség, amelyhez 1 mól folyadék szükséges, vagy 1 g, hogy lehűljön vagy megszilárduljon.

A víz esetében például az AHc értéke 6,02 kJ / mol. Ez azt jelenti, hogy 1 mól tiszta víznek 6,02 kJ hőt kell felszabadítania ahhoz, hogy fagyjon, és ez a hő az, ami megtartja a folyamat hőmérsékletét. Hasonlóképpen, 1 mól jégnek 6,02 kJ hőt kell felszívnia az olvadáshoz.

Fagyasztási pont

A pontos hőmérsékleten, ahol az eljárás történik, a szilárdítási pont (Tc) néven ismert. Ez minden anyagban változik attól függően, hogy mennyire erősek a molekulák közötti kölcsönhatások a szilárd anyagban.

A tisztaság is fontos változó, mivel a szennyezett szilárd anyag nem ugyanolyan hőmérsékleten szilárdul meg, mint egy tiszta. A fentiek ismeretesek fagyáspont csökkenése. Az anyag tömörítési pontjainak összehasonlításához referenciaként kell használni, ami a lehető legtisztább.

Ugyanez azonban nem alkalmazható a megoldásokra, mint a fémötvözetek esetében. A tömörítési pontjaik összehasonlításához egyenlő tömegarányú keverékeknek kell tekinteni; azaz összetevőinek azonos koncentrációjával.

Természetesen a megszilárdulási pont nagy tudományos és technológiai érdeklődéssel bír az ötvözetek és más anyagfajták tekintetében. Ez azért van, mert az idő és a hűvösség szabályozása lehetővé teszi bizonyos kívánatos fizikai tulajdonságok megszerzését, vagy elkerülheti a nem megfelelő alkalmazásokat bizonyos alkalmazásokhoz.

Ebből kifolyólag ennek a koncepciónak a megértése és tanulmányozása nagy jelentőséggel bír a kohászatban és az ásványtanban, valamint bármely más tudományban, amely érdemes előállítani és jellemezni egy anyagot..

Szilárdítás és olvadáspont

Elméletileg Tc-nek meg kell egyeznie a hőmérsékletgel vagy az olvadásponttal (Tf). Ez azonban nem minden esetben igaz. Ennek fő oka az, hogy első pillantásra könnyebb megzavarni a szilárd anyag molekuláit, mint a folyadékok rendelését..

Ennélfogva a gyakorlatban előnyös, ha Tf-t alkalmazunk egy vegyület tisztaságának minőségi mérésére. Például, ha egy X vegyületnek sok szennyeződése van, akkor Tf-je távolabb lesz a tiszta X-től, mint egy másik, nagyobb tisztaságú \ t.

Molekuláris rendelés

Ahogyan eddig már említettük, a megszilárdulás a kristályosodáshoz vezet. Bizonyos anyagok molekuláinak jellege és kölcsönhatásuk miatt nagyon alacsony hőmérsékletet és nagy nyomást igényelnek ahhoz, hogy megszilárduljanak.

Például folyékony nitrogént kapunk -196 ° C alatti hőmérsékleten. Ahhoz, hogy megszilárdulhasson, még többet kell lehűlni, vagy növelni kell a nyomást, az N molekulákat ilyen módon kényszerítve.₂ csoportosítani a kristályosodási magokat.

Ugyanez érvényes más gázokra is: oxigén, argon, fluor, neon, hélium; és a legszélsőségesebbek közül a hidrogén, amelynek szilárd fázisa nagy érdeklődést váltott ki potenciális példátlan tulajdonságai iránt.

Másrészt a legismertebb eset a száraz jég, ami nem más, mint CO₂ amelynek fehér gőzei a légköri nyomáson történő szublimációnak köszönhetők. Ezeket a forgatókönyvek ködképződésének helyreállítására használják.

Ahhoz, hogy egy vegyület megszilárduljon, nem csak a Tc-től, hanem a nyomástól és más változóktól is függ. Minél kisebb a molekula (H₂) és minél gyengébb kölcsönhatásuk van, annál nehezebb lesz őket a szilárd állapotba költözni.

túlhűtés

A folyadék, akár egy anyag, akár keverék, elkezd fagyni a megszilárdulási pont hőmérsékletén. Bizonyos körülmények között (például nagy tisztaságú, lassú hűtési idő vagy nagyon energikus környezet) a folyadék fagyasztás nélkül elviselheti az alacsonyabb hőmérsékletet. Ezt úgy nevezik, hogy túlhűtés.

A jelenségnek még nincs abszolút magyarázata, de az elmélet szerint a kristályosodási magok növekedését megakadályozó összes változó elősegíti a túlhűtést..

Miért? Mivel a magokból nagy kristályok képződnek a környező molekulák hozzáadását követően. Ha ez a folyamat korlátozott, még akkor is, ha a hőmérséklet Tc alatt van, a folyadék változatlan marad, mint ahogyan az apró cseppeknél, amelyek az égboltban láthatóak és felhők láthatók..

Az összes túlhűtött folyadék metastabil, azaz érzékenyek a legkisebb külső zavarokra. Például, ha egy kis jeget adnak hozzá, vagy egy kicsit rázzuk őket, azonnal befagynak, ami szórakoztató és könnyen elvégezhető kísérletet eredményez..

Szilárdítási példák

-Bár nem megfelelő a szilárd anyag, a zselatin a hűtés egyik példája a megszilárdulási folyamatnak.

-Az olvadt üveget számos objektum létrehozására és megtervezésére használják, amelyek a hűtés után megtartják véglegesen meghatározott formáikat.

-Ahogy a buborék befagyott a hóval való érintkezéskor, a szódabikarbóna ugyanolyan folyamatot szenvedhet; és ha túlhűtött, a fagyasztás azonnal lesz.

-Amikor a láva kitörik a szélét vagy a föld felszínét lefedő vulkánokból, akkor megszilárdul, amikor elveszíti a hőmérsékletet, amíg belsejében kanyargós sziklává válik.

-A tojás és a sütemények a hőmérséklet növekedésével megszilárdulnak. Hasonlóképpen, az orrnyálkahártya csak dehidratáció miatt történik. Egy másik példa a festékben vagy ragasztóban is megtalálható.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a hűtés következtében az utóbbi esetekben nem keletkezik megszilárdulás. Ezért az a tény, hogy egy folyadék megszilárdul, nem feltétlenül jelenti azt, hogy lefagy (ez nem csökkenti jelentősen a hőmérsékletét); de ha egy folyadék lefagy, végül megszilárdul.

más:

- A víz jégvé alakítása: ez 0 ° C-on történik jég, hó vagy jégkockák előállítása során.

- A gyertya viasz, amely megolvad a lánggal, és ismét megszilárdul.

- Élelmiszer fagyasztása a megőrzéséhez: ebben az esetben a víz vagy a zöldségek sejtjeiben lévő vízmolekulákat befagyasztja.

- A fúvóüveg: megolvad, majd megszilárdul.

- A fagylalt gyártása: általában tejtermékek, amelyek megszilárdulnak.

- A cukorkát, amely megolvadt és megszilárdult cukor.

- A vaj és a margarin szilárd zsírsavak.

- Kohászat: bizonyos fémek rudak vagy gerendák vagy szerkezetek gyártásában.

- A cement a mészkő és agyag keveréke, amely vízzel keverve keményedési tulajdonságú.

- Csokoládé gyártásakor a kakaóport vízzel és tejzel összekeverjük, amely megszáradáskor megszilárdul.

referenciák

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 448, 467. o.
2. Wikipedia. (2018). Fagyasztás. Készült: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (2008. május 16.) A megszilárdulás. [PDF]. Készült: infohost.nmt.edu/
4. Fúzió és megszilárdulás. Készült: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Az olvadék megszilárdulása. Készült: itc.gsw.edu/
6. A túlhűtés kísérleti magyarázata: miért nem fagy a víz a felhőkben. Készült: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. június 22.). Szilárdítási meghatározás és példák. Szöveg: thinkco.com