Тачка солидификације и примери солидификације

Тхе солидификација то је промена коју течност доживљава када пређе у чврсту фазу. Течност може бити чиста супстанца или смеша. Такође, промена може бити последица пада температуре или хемијске реакције.

Како се овај феномен може објаснити? Визуално, течност почиње да постаје окамењена или очврснута, до те мере да престаје да тече слободно. Међутим, солидификација се заправо састоји од низа корака који се јављају у микроскопским скалама.

Пример солидификације је течни мехур који се смрзава. На слици изнад можете видети како се мехур замрзава када удари у снег. Који је дио мјехурића који почиње да се учвршћује? Оно што је у директном контакту са снегом. Снег ради као подлога на коју се могу смјестити молекули мјехурића.

Скрућивање се брзо активира са дна балона. То се може видјети у "стакленим боровима" које се протежу до цијеле површине. Ове борове одражавају раст кристала, који нису ништа друго до уредни и симетрични распоред молекула.

Да би дошло до очвршћавања, неопходно је да честице течности буду распоређене на такав начин да оне међусобно делују. Ове интеракције постају јаче како температура опада, што утиче на молекуларну кинетику; то јест, они постају спорији и постају део кристала.

Овај процес је познат као кристализација, а присуство језгра (мали агрегати честица) и подршка убрзавају тај процес. Када се течност кристализује, онда се каже да је очврснула или замрзнута.

Индек

• 1 Енталпија солидификације
  • 1.1 Зашто температура остаје константна у солидификацији?
• 2 Тачка смрзавања
  • 2.1 Тврдоћа и талиште
  • 2.2 Молекуларно уређење
• 3 Суперцоолинг
• 4 Примери солидификације
• 5 Референце

Енталпија солидификације

Не подлежу се све супстанце на истој температури (или под истим третманом). Неки чак "замрзну" изнад собне температуре, као што се то дешава са чврстим материјама са високом тачком топљења. Ово зависи од врсте честица које чине чврсту или течну материју.

У чврстом стању, они снажно реагују и остају вибрирајући у фиксним положајима простора, без слободе кретања и са дефинисаном запремином, док у течности имају способност да се крећу као бројни слојеви који се крећу један преко другог, заузимајући волумен контејнер који га садржи.

Чврста супстанца захтева топлотну енергију да прође у течну фазу; Другим речима, потребна му је топлота. Топлина се добија из околине, а минимална количина која апсорбује да генерише прву кап течности је позната као латентна топлота фузије (ΔХф).

С друге стране, течност мора да ослободи топлоту у свом окружењу да би наручила своје молекуле и кристализовала у чврстој фази. Ослобођена топлота је, дакле, латентна топлота скрућивања или замрзавања (ΔХц). И ΔХф и ΔХц једнаки су по величини, али са супротним правцима; прва носи позитиван знак, а други негативни знак.

Зашто температура остаје константна у солидификацији?

У одређеном тренутку течност почиње да се смрзава, а термометар показује температуру Т. Иако није потпуно очврснуо, Т остаје константан. Пошто ΔХц има негативан предзнак, он се састоји од егзотермног процеса који ослобађа топлоту.

Због тога ће термометар очитавати топлину коју ослобађа течност током њене промене фазе, супротстављајући се наметнутом паду температуре. На пример, ако посуду са течношћу ставите у ледено купатило. Према томе, Т се не смањује док комплетирање скрућивања није завршено.

Које јединице прате ова мерења топлоте? Обично кЈ / мол или Ј / г. Они се тумаче на следећи начин: кЈ или Ј је количина топлоте која захтева 1 мол течности или 1 г да се охлади или очврсне.

У случају воде, на пример, ΔХц је једнако 6.02 кЈ / мол. То јест, 1 мол чисте воде треба да ослободи 6,02 кЈ топлоте да би могао да се замрзне, а та топлота одржава температуру константном у процесу. Слично томе, 1 мол леда треба да апсорбује 6,02 кЈ топлоте да би се растопио.

Тачка смрзавања

На тачној температури где се процес одвија, она је позната као тачка очвршћавања (Тц). Ово варира у свим супстанцама у зависности од тога колико су њихове интермолекуларне интеракције у чврстом стању.

Чистоћа је такође важна варијабла, јер нечиста чврста супстанца не очвршћава на истој температури као чиста. Горе наведено је познато као пад тачке смрзавања. Да би се упоредиле тачке солидификације неке супстанце неопходно је користити као референцу оно што је што чишће могуће.

Међутим, исто се не може примијенити за рјешења, као у случају металних легура. За поређење њихових тачака солидификације треба сматрати мешавине са једнаким масеним пропорцијама; то јест, са идентичним концентрацијама његових компоненти.

Свакако, точка очвршћавања је од великог научног и технолошког интереса у вези са легурама и другим врстама материјала. То је зато што, контролишући време и начин на који се охлађују, можете добити неке пожељне физичке особине или избећи неприкладне за одређене апликације.

Због тога је разумевање и проучавање овог концепта од великог значаја у металургији и минералогији, као иу било којој другој науци која заслужује производњу и карактеризацију материјала..

Тврдоћа и талиште

Теоретски, Тц треба да буде једнака температури или тачки топљења (Тф). Међутим, то није увек тачно за све супстанце. Главни разлог је то што је, на први поглед, лакше разбити молекуле чврстог него наручити оне од течности.

Према томе, у пракси је пожељно прибјећи Тф да би се квалитативно измјерила чистоћа једињења. На пример, ако једињење Кс има много нечистоћа, онда ће његов Тф бити удаљенији од чистог Кс у поређењу са другим са вишом чистоћом.

Молекуларно наручивање

Као што је до сада речено, солидификација се наставља до кристализације. Неке супстанце, с обзиром на природу њихових молекула и њихове интеракције, захтевају врло ниске температуре и високе притиске да би се могли очврснути.

На пример, течни азот се добија на температурама испод -196ºЦ. Да би се то учврстило, било би неопходно да се још више охлади, или да се повећа притисак на њу, присиљавајући Н молекуле на овај начин.₂ да се групишу да би се створиле језгре кристализације.

Исто се може узети у обзир за друге гасове: кисеоник, аргон, флуор, неон, хелиј; и за најекстремнији од свих, водоник, чија је чврста фаза изазвала велико интересовање за његове потенцијалне непредвиђене особине.

С друге стране, најпознатији је случај сухи лед, што није ништа више од ЦО₂ чији су беле паре због сублимације истог под атмосферским притиском. Они су коришћени за поновно стварање измаглице у сценаријима.

За једињење које се очврсне не зависи само од Тц, већ и од притиска и других варијабли. Што су мањи молекули (Х₂) и што су њихове интеракције слабије, теже ће бити да их се натера да пређу у чврсто стање.

Оверцоолинг

Течност, било супстанца или смеша, ће почети да се смрзава на температури на тачки очвршћавања. Међутим, под одређеним условима (као што су висока чистоћа, споро време хлађења или веома енергетска средина), течност може да поднесе ниже температуре без замрзавања. То се зове суперхлађење.

Још увијек не постоји апсолутно објашњење ове појаве, али теорија тврди да све оне варијабле које спречавају раст кристализацијских језгара потичу прехлађење.

Зашто? Зато што се велики кристали формирају из језгара након додавања околних молекула њима. Ако је овај процес ограничен, чак и ако је температура испод Тц, течност ће остати непромењена, као што се дешава са ситним капљицама које чине и чине облаке видљивим на небу..

Све прехлађене течности су метастабилне, односно подложне су најмањем спољашњем поремећају. На пример, ако додају мали комад леда или их мало протресу, одмах ће се смрзнути, што резултира забавним и лако изводљивим експериментом..

Примери солидификације

-Иако није чврста, желатина је пример процеса очвршћавања хлађењем.

-Растаљено стакло се користи за креирање и пројектовање многих објеката, који након хлађења задржавају своје коначне дефинисане облике.

-Баш као што се мехур замрзне при контакту са снегом, боца соде може претрпети исти процес; и ако је суперхлађен, његово замрзавање ће бити тренутно.

-Када лава избије из вулкана који покривају његове ивице или површину земље, она се стврдњава када изгуби температуру, док се не претвори у магматске стене.

-Јаја и колачи се учвршћују повећањем температуре. Слично томе, слузница носа се дешава само због дехидрације. Други пример се такође може наћи у боји или лепковима.

Међутим, треба напоменути да у последњим случајевима не долази до солидификације као резултат хлађења. Према томе, чињеница да се течност очвршћава не значи нужно да се смрзава (не смањује њену температуру значајно); али кад се течност смрзне, она се завршава.

Остало:

- Претварање воде у лед: ово се дешава на 0 ° Ц уз производњу леда, снега или коцки леда.

- Восак од свеће који се топи са пламеном и поново се стврдњава.

- Замрзавање хране за њено очување: у овом случају замрзава молекуле воде унутар ћелија меса или поврћа.

- Стакло за пухање: топи се до облика и затим се стврдњава.

- Производња сладоледа: обично су то млечни производи који се стврдњавају.

- У добијању слаткиша, који се растопи и очврсне шећер.

- Маслац и маргарин су масне киселине у чврстом стању.

- Металургија: у производњи ингота или греда или структура одређених метала.

- Цемент је мјешавина вапненца и глине, који када се мијеша с водом има својство каљења.

- У производњи чоколаде, какаов прах се помеша са водом и млеком који се, када се осуши, очврсне.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк & Станлеи. Цхемистри (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр. 448, 467.
2. Википедиа. (2018). Замрзавање Такен фром: ен.википедиа.орг
3. Лорен А. Џејкобсон. (16. мај 2008.) Солидификација [ПДФ] Преузето из: инфохост.нмт.еду/
4. Фузија и солидификација. Преузето из: јунтадеандалуциа.ес
5. Др. Цартер. Стврдњавање талине. Преузето из: итц.гсв.еду/
6. Експериментално објашњење суперхлађења: зашто вода не замрзава у облацима. Преузето са: есрф.еу
7. Хелменстине, Анне Марие, Пх.Д. (22. јун 2018). Дефиниција солидификације и примери. Преузето са: тхоугхтцо.цом