Stivelse størkningspunkt og eksempler

den størkning det er den ændring, som en væske oplever, når den passerer til den faste fase. Væsken kan være et rent stof eller en blanding. Endvidere kan ændringen skyldes et fald i temperatur eller som et resultat af en kemisk reaktion.

Hvordan kan dette fænomen forklares? Visuelt begynder væsken at blive forstenet eller hærdet, til det punkt, at det holder op med at flyde frit. Styrkelse består dog faktisk af en række trin, der forekommer ved mikroskopiske skalaer.

Et eksempel på størkning er en flydende boble, der fryser. I billedet ovenfor kan du se, hvordan en boble fryser, når den rammer sneen. Hvad er den del af boblen, der begynder at størkne? Det der er i direkte kontakt med sneen. Sneen virker som en understøtning, hvormed boblenes molekyler kan rummes.

Stivning udløses hurtigt fra bunden af ​​boblen. Dette kan ses i "glaspine", der strækker sig til at dække hele overfladen. Disse fyrretræer afspejler krystalvæksten, som ikke er mere end ordnede og symmetriske arrangementer af molekylerne.

For at størkningen skal forekomme, er det nødvendigt, at væskepartiklerne kan arrangeres på en sådan måde, at de interagerer med hinanden. Disse vekselvirkninger bliver stærkere, idet temperaturen falder, hvilket påvirker molekylær kinetik; det vil sige, de bliver langsommere og bliver en del af krystallet.

Denne proces er kendt som krystallisation, og tilstedeværelsen af ​​en kerne (små aggregater af partikler) og en understøtning fremskynder denne proces. Når væsken har krystalliseret, siges det da, at den har størknet eller frosset.

indeks

• 1 Enthalpy af størkning
  • 1.1 Hvorfor temperaturen forbliver konstant i størkning?
• 2 Frysepunkt
  • 2.1 Stivelse og smeltepunkt
  • 2.2 Molekylær bestilling
• 3 superkøling
• 4 Eksempler på størkning
• 5 referencer

Enthalpy af størkning

Ikke alle stoffer størkner ved samme temperatur (eller under samme behandling). Nogle endda "fryser" over stuetemperatur, som det sker med faste stoffer med højt smeltepunkt. Dette afhænger af den type partikler, der udgør det faste stof eller væsken.

I den faste, de interagerer kraftigt og forbliver vibrerende i faste positioner i rummet, uden fri bevægelighed og med defineret volumen, mens i væsken, er i stand til at bevæge sig så mange lag, som bevæger sig over hinanden, optager volumen beholder, der indeholder den.

Det faste stof kræver, at termisk energi passerer til væskefasen; Det kræver med andre ord varme. Varmen opnås fra omgivelserne, og den mindste mængde, der absorberer til dannelse af den første dråbe væske, er kendt som latent fusionsvarme (ΔHf).

På den anden side skal væsken frigive varme til omgivelserne for at bestille molekylerne og krystallisere i den faste fase. Den frigjorte varme er så den latente varme af størkning eller frysning (ΔHc). Både ΔHf og ΔHc er ens i størrelse men med modsatte retninger; den første bærer et positivt tegn og det andet negative tegn.

Hvorfor temperaturen forbliver konstant i størkning?

På et tidspunkt begynder væsken at fryse, og termometret temperatur T. Selv om det ikke er blevet fuldstændig størknet, T forbliver konstant. Da ΔHc har et negativt tegn, består det af en eksoterm proces, der frigiver varme.

Derfor vil termometeret læse den varme, der frigives af væsken under dens faseændring, modvirkning af det påførte temperaturfald. For eksempel, hvis du sætter beholderen indeholdende væsken inde i et isbad. Således formindsker T ikke, indtil størkning er fuldstændig i sin helhed.

Hvilke enheder ledsager disse målinger af varme? Normalt kJ / mol eller J / g. Disse fortolkes som følger: kJ eller J er mængden af ​​varme, der kræver 1 mol væske eller 1 g for at kunne afkøle eller størkne.

For eksempel med vand er ΔHc lig med 6,02 kJ / mol. Det vil sige, 1 mol rent vand skal frigive 6,02 kJ varme for at kunne fryse, og denne varme er, hvad der holder temperaturen konstant i processen. Tilsvarende skal 1 mol is absorbere 6,02 kJ varme for at smelte.

Frysepunkt

Ved den præcise temperatur, hvor processen forekommer, er den kendt som størkningspunktet (Tc). Dette varierer i alle stoffer afhængigt af, hvor stærk deres intermolekylære interaktioner er i det faste stof.

Renhed er også en vigtig variabel, da et uren faststof ikke størkner ved samme temperatur som en ren. Ovennævnte er kendt som frysepunkt dråbe. For at sammenligne stivelsespunkterne i et stof er det nødvendigt at bruge som en reference det som er så rent som muligt.

Det samme kan imidlertid ikke søges om løsninger, som for metallegeringer. At sammenligne deres størkningspunkter skal betragtes som blandinger med lige store masseproportioner; det vil sige med identiske koncentrationer af dets komponenter.

Styrkelsespunktet er bestemt af stor videnskabelig og teknologisk interesse med hensyn til legeringer og andre varianter af materialer. Dette skyldes, at styring af tiden og hvordan de køler, kan du få nogle ønskelige fysiske egenskaber eller undgå de uhensigtsmæssige til en bestemt anvendelse.

Af denne grund er forståelsen og studiet af dette koncept af stor betydning inden for metallurgi og mineralogi samt i enhver anden videnskab, der fortjener fremstilling og karakteriserer et materiale.

Stivelse og smeltepunkt

Teoretisk Tc skal være lig med temperaturen eller smeltepunktet (Tf). Dette gælder dog ikke altid for alle stoffer. Hovedårsagen er, at ved første øjekast er det lettere at forstyrre molekylerne af det faste stof end at bestille væskens molekyler.

Derfor foretrækkes det i praksis at ty til Tf for at kvalitativt måle renheden af ​​en forbindelse. For eksempel, hvis en forbindelse X har mange urenheder, derefter Tf være mere fjernt fra X ren sammenlignet med andre højere renhed.

Molekylær bestilling

Som det er blevet sagt hidtil, fortsætter størkning til krystallisation. Nogle stoffer, givet deres molekylers natur og deres vekselvirkninger, kræver meget lave temperaturer og højt tryk for at kunne størkne.

For eksempel opnås flydende nitrogen ved temperaturer under -196ºC. At størkne det, afkøle det ville kræve yderligere eller øge pres på ham, som tvinger molekylerne af N₂ at gruppere sammen for at skabe krystallisationskerner.

Det samme kan overvejes for andre gasser: ilt, argon, fluor, neon, helium; og for de mest ekstreme af alle, brint, hvis faste fase har vækket stor interesse for sine potentielle hidtil usete egenskaber.

På den anden side er den mest kendte sag den tøris, som ikke er mere end CO₂ hvis hvide dampe skyldes sublimering af det samme ved atmosfærisk tryk. Disse er blevet brugt til at genskabe uklarhed i scenarierne.

For en forbindelse til størkning afhænger ikke kun Tc, men også på trykket og andre variabler. Jo mindre molekylerne (H₂) og jo svagere deres interaktioner, jo vanskeligere vil det være at få dem til at flytte til fast tilstand.

underafkøling

Væsken, enten et stof eller en blanding, vil begynde at fryse ved temperaturen på størkningspunktet. Under visse betingelser (såsom høj renhed, en langsom afkøling tid eller en højenergi-miljøet), kan væsken tolerere lavere temperaturer uden frysning. Dette kaldes superkøling.

Der er stadig ingen fuldstændig forklaring af fænomenet, men den teori hævder, at alle de variabler, der forhindrer vækst af krystallisering kerner fremme underafkøling.

Hvorfor? Fordi store krystaller dannes fra kernerne efter tilsætning af omgivende molekyler til dem. Hvis denne proces er begrænset, selvom temperaturen er under Tc, vil væsken være uændret, som med de små dråber, der udgør og blive synlige skyer på himlen.

Alle underafkølede væske er metastabile, dvs. de er modtagelige for ekstern forstyrrelse mindste. For eksempel, hvis disse er tilføjet en lille stykke is, og ryst dem lidt, vil de fryse øjeblikkeligt, hvilket resulterer i en sjov og nem eksperiment at udføre.

Fastgørelseseksempler

-Selvom det ikke er korrekt en fast, er gelatine et eksempel på en størkningsproces ved afkøling.

-Det smeltede glas bruges til at skabe og designe mange genstande, som efter afkøling beholder deres endelige definerede former.

-Ligesom boblen frøs i kontakt med sneen, kan en sodavand lide den samme proces; og hvis det er superkølet, vil dets frysning være øjeblikkelig.

-Fremkomsten af ​​vulkaner lava dækker sine kanter eller jordens overflade, det størkner når den mister temperatur til at blive vulkanske bjergarter.

-Æg og kager størkner med en stigning i temperaturen. Tilsvarende gør næseslimhinden, men på grund af dehydrering. Et andet eksempel kan også findes i maling eller lim.

Det skal imidlertid bemærkes, at størkning ikke forekommer i sidstnævnte tilfælde som følge af afkøling. Den omstændighed, at en væske ikke størkner nødvendigvis, at frysning (ikke mærkbart reducere dens temperatur); men når en væske fryser, ender den op med størkning.

andre:

- Omdannelsen af ​​vand til is: Dette sker ved 0 ° C, der producerer is, sne eller isterninger.

- Lyset voks, der smelter med flammen og størkner igen.

- Frysning af mad til bevaring: I dette tilfælde fryser vandmolekylerne inde i kødet af kødene eller grøntsagerne.

- Det blæser glas: det smelter til form og størkner derefter.

- Fremstilling af is: Normalt er de mejerier, der størkner.

- Ved opnåelse af sliket, der smeltes og størknes sukker.

- Smør og margarine er fedtsyrer i fast tilstand.

- Metallurgi: Ved fremstilling af ingots eller bjælker eller strukturer af visse metaller.

- Cementen er en blanding af kalksten og lerarter, der når det er blandet med vand, har hærdningsegenskaben.

- Ved fremstilling af chokolade blandes kakaopulver med vand og mælk, der, når det tørres, størkner.

referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s. 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Frysning. Hentet fra: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16. maj 2008) Solidificeringsprocesser. [PDF]. Taget fra: infohost.nmt.edu/
4. Fusion og størkning. Hentet fra: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Fastgørelse af en smelte. Taget fra: itc.gsw.edu/
6. Eksperimentel forklaring på superkøling: hvorfor vand ikke fryser i skyerne. Modtaget fra: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). Fastgørelsesdefinition og eksempler. Taget fra: thoughtco.com