Størkningspunkt størkning og eksempler

2650
Robert Johnston
Størkningspunkt størkning og eksempler

De størkning er endringen som en væske gjennomgår når den går over til den faste fasen. Væsken kan være et rent stoff eller en blanding. Likeledes kan endringen skyldes et temperaturfall eller som et resultat av en kjemisk reaksjon..

Hvordan kan dette fenomenet forklares? Visuelt begynner væsken å bli forstenet eller herdet, til det punktet at den slutter å strømme fritt. Imidlertid består størkning faktisk av en serie trinn som forekommer på mikroskopiske skalaer..

Kilde: Pixabay

Et eksempel på størkning er en væskeboble som fryser. På bildet over kan du se hvordan en boble fryser ved kontakt med snø. Hva er den delen av boblen som begynner å stivne? Den som er i direkte kontakt med snøen. Snøen fungerer som en støtte som boblenes molekyler kan få plass til..

Størking utløses raskt fra bunnen av boblen. Dette kan sees i de "glaserte furuene" som strekker seg for å dekke hele overflaten. Disse furuene reflekterer veksten av krystaller, som ikke er noe annet enn ordnede og symmetriske arrangementer av molekyler.

For at størkning skal skje, er det nødvendig at væskepartiklene kan ordnes, slik at de samhandler med hverandre. Disse interaksjonene blir sterkere når temperaturen synker, noe som påvirker den molekylære kinetikken; det vil si at de bremser og blir en del av krystallet.

Denne prosessen er kjent som krystallisering, og tilstedeværelsen av en kjerne (små partikler av aggregater) og en støtte akselererer denne prosessen. Når væsken har krystallisert, sies den å ha størknet eller frosset.

Artikkelindeks

  • 1 Enthalpy av størkning
    • 1.1 Hvorfor forblir temperaturen konstant i størkning?
  • 2 Stivningspunkt
    • 2.1 Størking og smeltepunkt
    • 2.2 Molekylær bestilling
  • 3 Superkjøling
  • 4 Eksempler på størkning
  • 5 Referanser

Størking entalpi

Ikke alle stoffer stivner ved samme temperatur (eller under samme behandling). Noen "fryser" til og med over romtemperatur, som med høyt smeltende faste stoffer. Dette avhenger av typen partikler som utgjør faststoffet eller væsken..

I det faste stoffet samhandler de sterkt og forblir vibrerende i faste posisjoner i rommet, uten bevegelsesfrihet og med et definert volum, mens de i væsken har evnen til å bevege seg som mange lag som beveger seg over hverandre og opptar volumet av beholderen som inneholder den.

Det faste stoffet krever termisk energi for å passere til væskefasen; med andre ord, den trenger varme. Varmen hentes fra omgivelsene, og den minste mengden den absorberer for å generere den første væskedråpen er kjent som den latente fusjonsvarmen (ΔHf)..

På den annen side må væsken frigjøre varme til omgivelsene for å ordne molekylene og krystallisere seg til den faste fasen. Varmen som frigjøres er deretter den latente stivnings- eller frysevarmen (ΔHc). Både ΔHf og ΔHc er like store, men med motsatte retninger; det første har et positivt tegn, og det andre et negativt tegn.

Hvorfor forblir temperaturen konstant i størkning?

På et bestemt tidspunkt begynner væsken å fryse, og termometeret leser temperaturen T. Så lenge den ikke har størknet helt, forblir T konstant. Siden ΔHc har et negativt tegn, består den av en eksoterm prosess som frigjør varme.

Derfor vil termometeret lese varmen som avgis av væsken under faseendringen, og motvirke det pålagte temperaturfallet. For eksempel hvis beholderen som inneholder væsken settes i et isbad. Dermed reduseres ikke T før størkning er fullstendig fullført..

Hvilke enheter følger disse varmemålingene? Vanligvis kJ / mol eller J / g. Disse tolkes som følger: kJ eller J er den mengden varme som kreves av 1 mol væske eller 1 g for å kunne avkjøles eller stivne..

For vann, for eksempel, er ΔHc lik 6,02 kJ / mol. Det vil si at 1 mol rent vann trenger å frigjøre 6,02 kJ varme for å fryse, og denne varmen er det som holder temperaturen konstant i prosessen. Tilsvarende trenger 1 mol is å absorbere 6,02 kJ varme for å smelte..

Stivningspunkt

Den nøyaktige temperaturen der prosessen skjer er kjent som størkningspunktet (Tc). Dette varierer i alle stoffer avhengig av hvor sterk deres intermolekylære interaksjoner er i det faste stoffet..

Renhet er også en viktig variabel, siden et urent fast stoff ikke stivner ved samme temperatur som et rent. Ovennevnte er kjent som frysepunktfall. For å sammenligne størkningspunktene til et stoff, er det nødvendig å bruke den som er så ren som mulig.

Det samme kan imidlertid ikke brukes for løsninger, slik det er tilfelle med metalllegeringer. For å sammenligne deres størkningspunkter, må blandinger med samme masseproporsjoner vurderes; det vil si med identiske konsentrasjoner av komponentene.

Gjerne er størkningspunktet av stor vitenskapelig og teknologisk interesse med hensyn til legeringer og andre varianter av materialer. Dette er fordi, ved å kontrollere tiden og hvordan de blir avkjølt, noen ønskelige fysiske egenskaper kan oppnås eller de som er upassende for en bestemt applikasjon kan unngås..

Av denne grunn er forståelsen og studien av dette konseptet av stor betydning i metallurgi og mineralogi, så vel som i all annen vitenskap som fortjener å produsere og karakterisere et materiale..

Størking og smeltepunkt

Teoretisk sett skal Tc være lik temperatur eller smeltepunkt (Tf). Dette gjelder imidlertid ikke alltid for alle stoffer. Hovedårsaken er at det ved første øyekast er lettere å rote opp molekylene i det faste stoffet enn å bestille de av væsken..

Derfor er det foretrukket i praksis å bruke Tf for å kvalitativt måle renheten til en forbindelse. For eksempel, hvis en forbindelse X har mange urenheter, vil dens Tf være mer fjernt fra den for ren X sammenlignet med en annen med høyere renhet..

Molekylær bestilling

Som hittil er blitt sagt fortsetter størkning til krystallisering. Noen stoffer, gitt arten av molekylene og deres interaksjoner, krever svært lave temperaturer og høyt trykk for å stivne..

For eksempel oppnås flytende nitrogen ved temperaturer under -196 ° C. For å størkne det, ville det være nødvendig å avkjøle det enda mer, eller øke trykket på det, og dermed tvinge N-molekyleneto å grupperes sammen for å skape kjerner av krystallisering.

Det samme kan vurderes for andre gasser: oksygen, argon, fluor, neon, helium; og for det mest ekstreme av alt, hydrogen, hvis faste fase har vakt stor interesse for dets mulige enestående egenskaper.

På den annen side er den mest kjente saken tørris, som ikke er mer enn COto hvis hvite damp skyldes sublimering til atmosfærisk trykk. Disse har blitt brukt til å gjenskape dis på scenen..

For at en forbindelse skal stivne, avhenger den ikke bare av Tc, men også av trykk og andre variabler. Jo mindre molekylene (Hto) og jo svakere samspillet er, desto vanskeligere blir det å få dem til å gå til solid tilstand.

Superkjøling

Væsken, enten det er et stoff eller en blanding, vil begynne å fryse ved temperaturen ved størkningspunktet. Imidlertid, under visse forhold (som høy renhet, langsom kjøletid eller et veldig energisk miljø), kan væsken tåle lavere temperaturer uten å fryse. Dette kalles superkjøling..

Det er fremdeles ingen absolutt forklaring på fenomenet, men teorien støtter at alle variablene som hindrer veksten av krystalliseringskjerne fremmer superkjøling..

Hvorfor? Fordi fra kjernene dannes store krystaller etter tilsetning av molekyler fra omgivelsene til dem. Hvis denne prosessen er begrenset, selv om temperaturen er under Tc, vil væsken forbli uendret, slik det skjer med de små dråpene som utgjør og gjør skyer synlige på himmelen..

Alle superkjølte væsker er metastabile, det vil si at de er utsatt for den minste ytre forstyrrelse. For eksempel, hvis et lite stykke is blir lagt til dem, eller ristet litt, vil de øyeblikkelig fryse, noe som er et morsomt og enkelt eksperiment å utføre..

Eksempler på størkning

-Selv om det ikke er et fast stoff i seg selv, er gelatin et eksempel på en prosess med størkning ved avkjøling.

-Smeltet glass brukes til å lage og designe mange gjenstander, som etter avkjøling beholder sine endelige definerte former.

-Akkurat som boblen frøs ved kontakt med snø, kan en brusflaske gjennomgå den samme prosessen; og hvis den er superkjølt, vil frysingen være øyeblikkelig.

-Når lava dukker opp fra vulkaner som dekker kantene eller jordoverflaten, stivner den når den mister temperaturen til den blir vulkanske bergarter.

-Egg og kaker stivner med en økning i temperaturen. På samme måte gjør neseslimhinnen det, men på grunn av dehydrering. Et annet eksempel kan også finnes i maling eller lim.

Det skal imidlertid bemerkes at størkning ikke forekommer i sistnevnte tilfeller som et kjøleprodukt. Derfor betyr det faktum at en væske stivner ikke nødvendigvis at den fryser (den reduserer ikke temperaturen merkbart); men når en væske fryser, ender den opp med å stivne.

Andre:

- Konvertering av vann til is: dette skjer ved 0 ° C og produserer is, snø eller isbiter.

- Stearinvoks som smelter med flammen og stivner igjen.

- Frysing av mat for konservering: i dette tilfellet er vannmolekylene i celler av kjøtt eller grønnsaker frosset..

- Glassblåsing: dette smeltes til form og stivner deretter.

- Produksjon av iskrem: de er vanligvis meieriprodukter som stivner.

- Ved å oppnå karamell, som er smeltet og størknet sukker.

- Smør og margarin er fettsyrer i fast tilstand.

- Metallurgi: ved fremstilling av barrer eller bjelker eller strukturer av visse metaller.

- Sement er en blanding av kalkstein og leire som, når den blandes med vann, har egenskapen til herding.

- Ved fremstilling av sjokolade blandes kakaopulver med vann og melk, som når det tørkes, stivner.

Referanser

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 448, 467.
  2. Wikipedia. (2018). Fryser. Hentet fra: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (16. mai 2008). Størking. [PDF]. Hentet fra: infohost.nmt.edu/
  4. Fusjon og størkning. Hentet fra: juntadeandalucia.es
  5. Dr. Carter. Størking av en smelte. Hentet fra: itc.gsw.edu/
  6. Eksperimentell forklaring på superkjøling: hvorfor vann ikke fryser i skyene. Hentet fra: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). Definisjon og eksempler på størkning. Hentet fra: thoughtco.com

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.