Kietėjimo kietėjimo taškas ir pavyzdžiai



The kietėjimas tai yra skystos patirties pasikeitimas, kai jis pereina į kietąją fazę. Skystis gali būti gryna medžiaga arba mišinys. Be to, pokytis gali būti dėl temperatūros kritimo arba dėl cheminės reakcijos.

Kaip galima paaiškinti šį reiškinį? Vizualiai skystis pradeda tapti sutankintas arba sukietėjęs iki taško, kad jis nustoja laisvai tekėti. Tačiau kietėjimas iš tikrųjų susideda iš daugybės žingsnių, kurie vyksta mikroskopinėse svarstyklėse.

Kietėjimo pavyzdys yra užšalęs skystis. Viršuje esančiame paveikslėlyje galite pamatyti, kaip burbulas užšąla, kai jis pasiekia sniegą. Kokia yra burbulo dalis, kuri pradeda kietėti? Tai, kas tiesiogiai liečiasi su sniegu. Sniegas veikia kaip atrama, ant kurios gali būti pritaikytos burbulo molekulės.

Nuo burbulo apačios greitai susidaro kietėjimas. Tai matoma „stiklo pušyne“, kurie apima visą paviršių. Šios pušys atspindi kristalų augimą, kuris yra ne tik tvarkingas ir simetriškas molekulių išdėstymas.

Kad susidarytų kietėjimas, būtina, kad skysčio dalelės būtų išdėstytos taip, kad jos tarpusavyje sąveikautų. Šios sąveikos tampa stipresnės, kai temperatūra mažėja, o tai daro įtaką molekulinei kinetikai; tai yra, jie tampa lėtesni ir tampa kristalo dalimi.

Šis procesas žinomas kaip kristalizacija, o branduolys (smulkūs dalelių agregatai) ir atrama pagreitina šį procesą. Kai skystis kristalizuojasi, tuomet sakoma, kad jis yra sukietėjęs arba užšaldytas.

Indeksas

  • 1 Kietėjimo entalpija
    • 1.1 Kodėl temperatūra kietėjimo metu išlieka pastovi?
  • 2 Užšalimo taškas
    • 2.1 Kietėjimas ir lydymosi temperatūra
    • 2.2 Molekulinis užsakymas
  • 3 Peršaldymas
  • 4 Tvirtinimo pavyzdžiai
  • 5 Nuorodos

Kietėjimo entalpija

Ne visos medžiagos kietėja toje pačioje temperatūroje (arba taikant tą patį apdorojimą). Kai kurie net „užšaldo“ aukščiau kambario temperatūros, kaip ir su kietomis medžiagomis, turinčiomis aukštą lydymosi tašką. Tai priklauso nuo kietųjų ar skystųjų dalelių tipo.

Kietoje medžiagoje jie stipriai bendrauja ir išlieka vibruojantys fiksuotose erdvės vietose, be judėjimo laisvės ir nustatyto tūrio, o skystyje jie turi galimybę judėti kaip daugybė sluoksnių, kurie perkelia vienas kitą, užima perteklių. konteinerį, kuriame yra.

Kieta medžiaga turi šiluminę energiją, kuri patenka į skystąją fazę; Kitaip tariant, jam reikia šilumos. Šiluma gaunama iš jos apylinkės, o mažiausias kiekis, sugeriantis generuoti pirmąjį skysčio lašą, vadinamas latentine sintezės šiluma (ΔHf)..

Kita vertus, skystis turi išskirti šilumą į aplinką, kad užsakytų savo molekules ir kristalizuotų kietoje fazėje. Išlaisvinta šiluma yra latentinė kietėjimo arba užšalimo šiluma (ΔHc). Abi ΔHf ir ΔHc yra vienodo dydžio, bet su kitomis kryptimis; Pirmasis - teigiamas ženklas ir antrasis neigiamas ženklas.

Kodėl kietėjimo metu temperatūra išlieka pastovi?

Tam tikru momentu skystis pradeda užšaldyti, o termometras rodo temperatūrą T. Nors jis nėra visiškai sukietėjęs, T lieka pastovus. Kadangi ΔHc turi neigiamą ženklą, jis susideda iš egzoterminio proceso, kuris išskiria šilumą.

Todėl termometras nuskaito skysčio išskiriamą šilumą per jo fazės pasikeitimą, neutralizuodamas nustatytą temperatūros kritimą. Pavyzdžiui, jei įdedate talpyklą, kurioje yra skystis, į ledo vonią. Taigi, T nesumažėja tol, kol pilnas kietėjimas nėra baigtas.

Kokie vienetai pridedami prie šių šilumos matavimų? Paprastai kJ / mol arba J / g. Jie interpretuojami taip: kJ arba J - tai šilumos kiekis, kuriam reikia 1 molio skysčio arba 1 g, kad būtų galima atvėsinti arba sukietėti.

Pavyzdžiui, vandens atveju ΔHc yra lygus 6,02 kJ / mol. Tai reiškia, kad 1 moliui gryno vandens reikia išleisti 6,02 kJ šilumos, kad būtų galima užšaldyti, ir ši šiluma yra tai, kas išlaiko pastovią temperatūrą procese. Panašiai, 1 molis ledo turi sugerti 6,02 kJ šilumos, kad ištirptų.

Užšalimo taškas

Tikslioje temperatūroje, kur vyksta procesas, jis vadinamas kietėjimo tašku (Tc). Tai priklauso nuo visų medžiagų priklausomai nuo to, kaip stipriai jų tarpusavio sąveika yra kietoje medžiagoje.

Grynumas taip pat yra svarbus kintamasis, nes nešvari kieta medžiaga neviršija toje pačioje temperatūroje kaip gryna. Aukščiau yra žinoma kaip užšalimo taško sumažėjimas. Norint palyginti medžiagos kietėjimo taškus, būtina naudoti kaip pavyzdį, kuris yra kuo aiškesnis.

Tačiau to paties negalima taikyti sprendimams, pavyzdžiui, metalo lydiniams. Palyginti jų kietėjimo taškus reikėtų laikyti mišiniais, kurių masės santykis yra vienodas; tai yra su identiškomis jo komponentų koncentracijomis.

Žinoma, kietėjimo taškas turi didelį mokslinį ir technologinį interesą lydinių ir kitų medžiagų rūšių atžvilgiu. Taip yra todėl, kad kontroliuodami laiką ir būdą, kaip jie atvėsta, galite gauti tam tikrų pageidaujamų fizinių savybių arba išvengti netinkamų tam tikrai programai.

Dėl šios priežasties šios sąvokos supratimas ir tyrimas yra labai svarbus metalurgijoje ir mineralogijoje, taip pat bet kokiame kitame moksle, kuriam reikia gaminti ir apibūdinti medžiagą..

Kietėjimas ir lydymosi temperatūra

Teoriškai Tc turi būti lygi temperatūrai arba lydymosi temperatūrai (Tf). Tačiau tai ne visada pasakytina apie visas medžiagas. Pagrindinė priežastis yra ta, kad iš pirmo žvilgsnio lengviau sutrikdyti kietosios medžiagos molekules nei užsisakyti skysčio molekules..

Todėl praktiškai pageidautina, kad Tf būtų naudojamas kokybiškai išmatuoti junginio grynumą. Pavyzdžiui, jei junginys X turi daug priemaišų, tada jo Tf bus tolesnis nuo gryno X, palyginti su kitu, turinčiu didesnį grynumą.

Molekulinis užsakymas

Kaip jau minėta, kietėjimas vyksta iki kristalizacijos. Kai kurios medžiagos, atsižvelgiant į jų molekulių pobūdį ir jų sąveiką, reikalauja labai žemos temperatūros ir aukšto slėgio, kad galėtų kietėti.

Pavyzdžiui, skystas azotas gaunamas žemesnėje nei -196 ° C temperatūroje. Norint ją sutvirtinti, reikėtų dar labiau atvėsti arba padidinti spaudimą, taip priverčiant N molekules.2 grupuoti, kad sukurtume kristalizacijos branduolius.

Tą patį galima pasakyti ir apie kitas dujas: deguonį, argoną, fluorą, neoną, helį; ir ypač ekstremaliomis sąlygomis, vandenilis, kurio kietas etapas sukėlė didelį susidomėjimą dėl galimų precedento neturinčių savybių.

Kita vertus, geriausiai žinomas atvejis yra sausas ledas, tai yra tik CO2 kurių baltieji garai yra susiję su to paties sublimacija atmosferos slėgyje. Šie metodai buvo panaudoti, norint atkurti miglotumą scenarijuose.

Jei junginys kietėja, jis priklauso ne tik nuo Tc, bet ir nuo slėgio bei kitų kintamųjų. Kuo mažesnės molekulės (H2) ir kuo silpnesnė jų sąveika, tuo sunkiau juos pereiti prie kietosios būsenos.

Perpildymas

Skystis, arba medžiaga, arba mišinys, pradės užšaldyti temperatūroje kietėjimo taške. Tačiau esant tam tikroms sąlygoms (pvz., Labai grynas, lėtas aušinimo laikas arba labai energinga aplinka), skystis gali toleruoti žemesnes temperatūras be užšalimo. Tai vadinama peršaldymu.

Dar nėra absoliučio šio reiškinio paaiškinimo, tačiau teorija teigia, kad visi tie kintamieji, kurie užkerta kelią kristalizacijos branduolių augimui, skatina perpildymą.

Kodėl? Kadangi dideli kristalai susidaro iš branduolių, į juos įdėjus aplinkines molekules. Jei šis procesas yra ribotas, net jei temperatūra yra žemesnė nei Tc, skystis išliks nepakitęs, kaip atsitinka su mažais lašais, kurie sudaro ir debesys matomi danguje.

Visi perpildyti skysčiai yra metastabilūs, ty jie yra jautrūs mažiausiems išoriniams trikdžiams. Pavyzdžiui, jei jie prideda nedidelį ledo gabalėlį arba šiek tiek pakrato juos, jie iškart užšaldys, o tai paskatins linksmą ir lengvai atliekamą eksperimentą..

Kietėjimo pavyzdžiai

-Nors želatina nėra tinkama kieta medžiaga, jis yra kietinimo proceso pavyzdys.

-Išlydytas stiklas naudojamas daugeliui objektų, kurie po atšaldymo išsaugo savo galutines nustatytas formas, kūrimui ir projektavimui.

-Kaip burbulas užšaldė susilietus su sniegu, sodos butelis gali patirti tą patį procesą; ir jei jis yra peršaldytas, jo užšalimas bus momentinis.

-Kai lavos išsiveržia iš ugnikalnių, apimančių jo kraštus arba žemės paviršių, ji sustingsta, kai praranda temperatūrą, kol ji virsta grioviais.

-Kiaušiniai ir pyragaičiai sukietėja, padidėjus temperatūrai. Panašiai ir nosies gleivinė, bet dėl ​​dehidratacijos. Kitas pavyzdys gali būti ir dažuose ar klijuose.

Tačiau reikėtų pažymėti, kad kietėjimo procesas pastaraisiais atvejais nepasireiškia dėl aušinimo. Todėl tai, kad skystis sukietėja, nebūtinai reiškia, kad jis užšąla (nesumažina jos temperatūros); bet kai skystis užšąla, jis baigiasi.

Kiti:

- Vandens pavertimas ledu: tai įvyksta esant 0 ° C temperatūrai, gaminant ledą, sniegą ar ledo kubelius.

- Žvakių vaškas, lydantis liepsną ir dar kartą sukietėjęs.

- Maisto užšaldymas jo išsaugojimui: šiuo atveju jis užšąla vandens molekules mėsos ar daržovių ląstelėse.

- Pūstas stiklas: jis ištirpsta ir sukietėja.

- Ledų gamyba: paprastai jie yra pieno produktai, kurie kietėja.

- Gavus saldainį, kuris yra lydytas ir sukietėjęs cukrus.

- Sviestas ir margarinas yra riebalų rūgštys kietoje būsenoje.

- Metalurgija: gaminant tam tikrų metalų luitus ar sijas.

- Cementas yra kalkakmenio ir molio mišinys, kuris, sumaišius su vandeniu, sukietėja.

- Gaminant šokoladą, kakavos milteliai sumaišomi su vandeniu ir pienu, kuris, džiovinant, sukietėja.

Nuorodos

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemija (8-asis red.). „CENGAGE Learning“, p. 448, 467.
  2. Vikipedija. (2018). Užšaldymas Paimta iš: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (2008 m. Gegužės 16 d.) Kietėjimas [PDF] Paimta iš: infohost.nmt.edu/
  4. Suliejimas ir kietėjimas. Paimta iš: juntadeandalucia.es
  5. Dr Carter. Lydalo kietėjimas. Paimta iš: itc.gsw.edu/
  6. Eksperimentinis peršaldymo paaiškinimas: kodėl vanduo neužšąla debesyse. Paimta iš: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Birželio 22 d.). Kietinimo apibrėžimas ir pavyzdžiai. Paimta iš: thinkco.com