Tahkestumise tahkestumise punkt ja näited



The tahkestumine see on vedel kogemus, kui see läheb tahkesse faasi. Vedelik võib olla puhas aine või segu. Samuti võib muutus olla tingitud temperatuuri langusest või keemilisest reaktsioonist.

Kuidas seletada seda nähtust? Visuaalselt hakkab vedelik muutuma kõvaks või karastuma, kuni see lakkab vabalt voolamast. Kuid tahkestumine koosneb reast sammudest, mis toimuvad mikroskoopilistes kaaludes.

Tahkestumise näide on vedel mull, mis külmub. Ülaltoodud pildil näete, kuidas mull külmub, kui ta lumele lööb. Milline osa mullist hakkab tahkuma? See, mis on otseses kokkupuutes lumega. Lumi toimib tugena, millele mullide molekulid saab paigutada.

Tahkestumine käivitub kiiresti mullide põhjast. Seda võib näha "klaaspuidust", mis ulatuvad kogu pinnale. Need männid peegeldavad kristallide kasvu, mis ei ole midagi enamat kui molekulide korrapärane ja sümmeetriline paigutus.

Tahkestumise tekkimiseks on vajalik, et vedeliku osakesed oleksid paigutatud selliselt, et nad omavahel suhtlevad. Need interaktsioonid muutuvad tugevamaks, kui temperatuur väheneb, mis mõjutab molekulaarset kineetikat; see tähendab, et nad muutuvad aeglasemaks ja muutuvad kristalli osaks.

Seda protsessi tuntakse kristalliseerumisena ning tuuma (väikeste osakeste agregaadid) ja tugi kiirendavad seda protsessi. Kui vedelik on kristalliseerunud, siis öeldakse, et see on tahkestunud või külmunud.

Indeks

  • 1 Tahkestumise entalpia
    • 1.1 Miks temperatuur tahkestumisel püsivaks jääb?
  • 2 Külmumispunkt
    • 2.1 Tahkestamine ja sulamistemperatuur
    • 2.2 Molekulaarne tellimine
  • 3 Ülekuumenemine
  • 4 Tahkestumise näited
  • 5 Viited

Tahkestumise entalpia

Mitte kõik ained ei tahku samal temperatuuril (või sama töötlusega). Mõned isegi "külmutavad" üle toatemperatuuri, nagu juhtub kõrge sulamistemperatuuriga tahkete ainetega. See sõltub tahkete või vedelate osakeste tüübist.

Tahkes keskkonnas toimivad nad tugevalt ja jäävad vibratsiooni fikseeritud ruumi asenditesse, ilma liikumisvabaduseta ja kindla mahuga, samas kui vedelikus on neil võime liikuda nagu paljud kihid, mis liiguvad üksteise peal, ja mis mahutavad üksteist. seda sisaldav konteiner.

Tahke aine vajab vedelasse faasi jõudmiseks soojusenergiat; Teisisõnu, see vajab soojust. Soojus saadakse selle ümbrusest ja minimaalne kogus, mis absorbeerib esimese vedeliku tilga tekitamiseks, on tuntud kui latentne fusiooni soojus (ΔHf)..

Teisest küljest peab vedelik oma molekulide tellimiseks ja tahkes faasis kristalliseeruma oma ümbruse soojust. Vabanev soojus on siis tahkestamise või külmutamise latentne soojus (ΔHc). Mõlemad ΔHf ja ΔHc on suurusega võrdsed, kuid vastassuunalised; esimene kannab positiivset märki ja teist negatiivset märki.

Miks temperatuur tahkestamisel püsiv?

Teatud hetkel hakkab vedelik külmuma ja termomeeter näitab temperatuuri T. Kuigi see ei ole täielikult tahkestunud, jääb T konstantseks. Kuna ΔHc-l on negatiivne märk, koosneb see eksotermilisest protsessist, mis vabastab soojust.

Seetõttu loeb termomeeter vedeliku poolt faasi muutumise ajal vabanenud soojust, takistades kehtestatud temperatuuri langust. Näiteks, kui paned vedelikku sisaldava konteineri jäävannis. Seega ei vähene T, kuni tahkestumine on täielikult lõppenud.

Millised üksused kaasnevad soojuse mõõtmistega? Tavaliselt kJ / mol või J / g. Neid tõlgendatakse järgmiselt: kJ või J on soojuse kogus, mis nõuab 1 mooli vedelikku või 1 g, et oleks võimalik jahutada või tahkestuda.

Vee puhul on AHc võrdne 6,02 kJ / mol. See tähendab, et 1 mool puhast vett peab vabastama 6,02 kJ soojust, et see saaks külmutada, ja see soojus on see, mis hoiab protsessis temperatuuri konstantsena. Samamoodi peab 1 mooli jääd absorbeerima 6,02 kJ soojust.

Külmutuspunkt

Täpse temperatuuri juures, kus protsess toimub, nimetatakse seda tahkumispunktiks (Tc). See varieerub kõigis ainetes sõltuvalt sellest, kui tugev on nende molekulidevaheline interaktsioon tahkes aines.

Puhtus on samuti oluline muutuja, kuna ebapuhtad tahked ained ei tahku samal temperatuuril puhtana. Ülaltoodud on tuntud kui külmumispunkti langus. Aine tahkumispunktide võrdlemiseks on vaja kasutada võrdlusena seda, mis on võimalikult puhas.

Sama ei saa aga kasutada lahenduste puhul, nagu näiteks metallisulamite puhul. Nende tahkumispunktide võrdlemiseks tuleks pidada võrdsete masside segudega segusid; see tähendab selle komponentide ühesuguseid kontsentratsioone.

Kindlasti on tahkestumispunktil suured teaduslikud ja tehnoloogilised huvid sulamite ja muude materjalide puhul. Seda seetõttu, et kontrollite aega ja kuidas nad jahtuvad, saate teatud rakenduse jaoks mõningaid soovitavaid füüsilisi omadusi või vältida sobimatuid omadusi.

Sel põhjusel on selle kontseptsiooni mõistmine ja uurimine metallurgias ja mineraloogias, aga ka teistes teaduslikes materjalides, mis väärivad materjali tootmist ja iseloomustamist..

Tahkestamine ja sulamistemperatuur

Teoreetiliselt peaks Tc olema võrdne temperatuuri või sulamistemperatuuriga (Tf). See ei ole siiski alati kõigi ainete puhul õige. Peamine põhjus on see, et esmapilgul on lihtsam tahkete molekulide katkestada kui vedeliku molekulide tellimine..

Seega on praktikas eelistatav kasutada Tf-d, et kvalitatiivselt mõõta ühendi puhtust. Näiteks kui ühendil X on palju lisandeid, siis on selle Tf puhtamast X-st kaugem, võrreldes teise puhtusega puhtusega.

Molekulaarne tellimine

Nagu siiani on öeldud, jätkub tahkestumine kristalliseerumisele. Mõned ained nõuavad nende molekulide olemust ja nende koostoimeid, et tahkumiseks oleks vaja väga madalat temperatuuri ja kõrget survet.

Näiteks saadakse vedel lämmastik, kui temperatuur on alla -196 ° C. Selle tahkestamiseks oleks vaja seda veelgi jahutada või sellele survet suurendada, sundides sel viisil N-molekule.2 rühmitada, et luua kristalliseerumise tuumad.

Sama võib arvestada ka teiste gaaside puhul: hapnik, argoon, fluor, neoon, heelium; ja kõige äärmuslikumalt, vesinik, mille tahke faas on tekitanud suurt huvi selle potentsiaalsete enneolematu omaduste vastu.

Teiselt poolt on kõige tuntum juhtum kuiv jää, mis on midagi muud kui CO2 mille valged aurud on tingitud sama sublimatsioonist atmosfäärirõhul. Neid on kasutatud stsenaariumide uduse taastamiseks.

Selleks, et ühend tahkestuks, ei sõltu see ainult Tc-st, vaid ka rõhust ja muudest muutujatest. Mida väiksemad on molekulid (H2) ja mida nõrgem on nende koostoime, seda raskem on saada neid tahkesse olekusse liikuma.

Ülekuumenemine

Vedelik, kas aine või segu, hakkab külmuma temperatuuril, mis on tahkumispunktis. Teatud tingimustes (nagu kõrge puhtusaste, aeglane jahutusaeg või väga energiline keskkond) võib vedelik taluda madalamaid temperatuure ilma külmutamata. Seda nimetatakse ülekuumenemiseks.

Selle nähtuse kohta pole veel absoluutset selgitust, kuid teooria leiab, et kõik need muutujad, mis takistavad kristalliseerumise tuumade kasvu, soodustavad üleküllastumist.

Miks? Kuna tuumadest moodustuvad suured kristallid pärast ümbritsevate molekulide lisamist neile. Kui see protsess on piiratud, isegi kui temperatuur on alla Tc, jääb vedelik muutumatuks, nagu juhtub väikeste tilkadega, mis moodustavad ja teevad pilved taevas nähtavaks.

Kõik ülelaaditud vedelikud on metastabiilsed, st nad on vastuvõtlikud vähimatele välistele häiretele. Näiteks, kui nad lisavad väikese jääde või raputavad neid vähe, siis külmutatakse need koheselt, mille tulemuseks on lõbus ja lihtsalt teostatav eksperiment..

Tahkestamise näited

-Kuigi želatiin ei ole korralikult tahke, on see jahutamisel tahkumisprotsessi näide.

-Sula klaasi kasutatakse paljude objektide loomiseks ja kujundamiseks, mis pärast jahutamist säilitavad oma lõplikud määratletud vormid.

-Nii nagu mull külmutas lumega kokkupuutel, võib sooda pudelis kannatada sama protsessi; ja kui see on jahutatud, on selle külmutamine kohene.

-Kui lava puhkeb vulkaanidest, mis katavad selle servi või maapinda, siis tahkestub see temperatuuri kadumise ajal, kuni see muutub noodakiviks.

-Munad ja koogid tahkestuvad temperatuuri tõusuga. Samamoodi teeb nina limaskesta vaid dehüdratsiooni tõttu. Teine näide võib leida ka värvidest või liimidest.

Siiski tuleb märkida, et jahutamisel ei teki viimastel juhtudel tahkestumist. Seega ei tähenda asjaolu, et vedelik tahkestub, tingimata, et see külmub (see ei vähenda märgatavalt selle temperatuuri); kuid kui vedelik külmub, jõuab see tahkestumiseni.

Teised:

- Vee muutmine jääks: see toimub 0 ° C juures, tekitades jää, lume või jääkuubikuid.

- Küünla vaha, mis sulab leegiga ja tahkestub uuesti.

- Toidu säilitamine selle säilitamiseks: sel juhul külmutab liha või köögivilja rakkude sees olevad veemolekulid.

- Puhub klaas: see sulab kuju ja seejärel tahkestub.

- Jäätise valmistamine: tavaliselt on nad piimakarja, mis tahkestuvad.

- Sulatatud ja tahkestatud suhkru valmistamisel.

- Või ja margariin on tahketes rasvhapetes.

- Metallurgia: teatud metallide valuplokkide või talade või konstruktsioonide valmistamisel.

- Tsement on lubjakivi ja savi segu, mis veega segamisel on kõvenemise omadus.

- Šokolaadi valmistamisel segatakse kakaopulbrit vee ja piimaga, mis kuivatamisel tahkestub.

Viited

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Keemia (8. väljaanne). CENGAGE Learning, lk 448, 467.
  2. Wikipedia. (2018). Külmutamine Vastu võetud: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (16. mai 2008) Tahkestamine [PDF] Vastu võetud: infohost.nmt.edu/
  4. Sulandumine ja tahkestumine. Vastu võetud: juntadeandalucia.es
  5. Dr Carter. Sulatise tahkestamine. Välja võetud: itc.gsw.edu/
  6. Ülekuumenemise katseline selgitus: miks vesi pilvedes ei külmu. Välja võetud: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juuni 2018). Tahkestamise määratlus ja näited. Võetud: thinkco.com