Точка затвердевания затвердевания и примеры

затвердевание это изменение, которое испытывает жидкость, когда она переходит в твердую фазу. Жидкость может представлять собой чистое вещество или смесь. Кроме того, изменение может быть связано с падением температуры или в результате химической реакции..

Как объяснить это явление? Визуально жидкость начинает окаменеть или затвердевать до такой степени, что перестает свободно течь. Тем не менее, отверждение на самом деле состоит из ряда этапов, которые происходят в микроскопических масштабах.

Пример затвердевания - жидкий пузырь, который замерзает. На изображении выше вы можете увидеть, как пузырь замерзает, когда падает на снег. Какая часть пузыря начинает затвердевать? То, что находится в прямом контакте со снегом. Снег работает как опора, на которой можно разместить молекулы пузыря..

Затвердевание быстро запускается со дна пузыря. Это видно по «стеклянным соснам», которые простираются, чтобы покрыть всю поверхность. Эти сосны отражают рост кристаллов, которые являются не чем иным, как упорядоченным и симметричным расположением молекул.

Для того чтобы произошло затвердевание, необходимо, чтобы частицы жидкости могли быть расположены таким образом, чтобы они взаимодействовали друг с другом. Эти взаимодействия становятся сильнее с понижением температуры, что влияет на молекулярную кинетику; то есть они становятся медленнее и становятся частью кристалла.

Этот процесс известен как кристаллизация, и присутствие ядра (небольших скоплений частиц) и носителя ускоряет этот процесс. Как только жидкость закристаллизовалась, говорят, что она затвердела или заморожена.

индекс

• 1 энтальпия затвердевания
  • 1.1 Почему температура остается постоянной при затвердевании?
• 2 Точка замерзания
  • 2.1 Отверждение и температура плавления
  • 2.2 Молекулярный порядок
• 3 Переохлаждение
• 4 Примеры затвердевания
• 5 ссылок

Энтальпия затвердевания

Не все вещества затвердевают при одинаковой температуре (или при одинаковой обработке). Некоторые даже «замерзают» выше комнатной температуры, как это происходит с твердыми веществами с высокой температурой плавления. Это зависит от типа частиц, которые составляют твердое вещество или жидкость.

В твердом теле они сильно взаимодействуют и остаются вибрирующими в фиксированных положениях пространства, без свободы движения и с определенным объемом, в то время как в жидкости они способны двигаться как многочисленные слои, которые движутся друг над другом, занимая объем контейнер, содержащий его.

Твердое вещество требует тепловой энергии, чтобы перейти в жидкую фазу; Другими словами, для этого нужно тепло. Тепло получается из окружающей среды, а минимальное количество, которое поглощает для образования первой капли жидкости, известно как скрытая теплота плавления (ΔHf).

С другой стороны, жидкость должна выделять тепло в окружающую среду, чтобы упорядочить молекулы и кристаллизоваться в твердой фазе. Таким образом, выделяемое тепло представляет собой скрытую теплоту затвердевания или замерзания (ΔHc). Оба ΔHf и ΔHc одинаковы по величине, но в противоположных направлениях; первый несет положительный знак, а второй отрицательный знак.

Почему температура остается постоянной в затвердевании?

В определенный момент жидкость начинает замерзать, и термометр показывает температуру Т. Хотя она еще не полностью затвердела, Т остается постоянной. Поскольку ΔHc имеет отрицательный знак, он состоит из экзотермического процесса, который выделяет тепло.

Следовательно, термометр будет считывать тепло, выделяемое жидкостью во время изменения фазы, противодействуя наложенному перепаду температуры. Например, если вы поместите контейнер с жидкостью внутри ледяной бани. Таким образом, T не уменьшается до полного затвердевания.

Какие единицы сопровождают эти измерения тепла? Обычно кДж / моль или Дж / г. Они интерпретируются следующим образом: кДж или J - количество тепла, которое требует 1 моль жидкости или 1 г, чтобы иметь возможность охладиться или затвердеть.

Например, для воды ΔHc равен 6,02 кДж / моль. То есть 1 моль чистой воды должен выделять 6,02 кДж тепла, чтобы иметь возможность замерзнуть, и именно это тепло поддерживает постоянную температуру в процессе. Аналогично, 1 моль льда должен поглощать 6,02 кДж тепла, чтобы таять.

Точка замерзания

При точной температуре, при которой происходит процесс, она известна как точка затвердевания (Тс). Это зависит от всех веществ в зависимости от того, насколько сильны их межмолекулярные взаимодействия в твердом теле..

Чистота также является важной переменной, поскольку нечистое твердое вещество не затвердевает при той же температуре, что и чистое. Вышеизложенное известно как падение точки замерзания. Для сравнения точек затвердевания вещества необходимо использовать в качестве эталона то, что является максимально чистым.

Однако то же самое нельзя применять для растворов, как в случае металлических сплавов. Для сравнения их точек затвердевания следует учитывать смеси с равными массовыми пропорциями; то есть с одинаковыми концентрациями его компонентов.

Безусловно, точка затвердевания представляет большой научный и технологический интерес в отношении сплавов и других разновидностей материалов. Это связано с тем, что, контролируя время и способ их охлаждения, вы можете получить некоторые желательные физические свойства или избежать неподходящих для определенного применения..

По этой причине понимание и изучение этой концепции имеет большое значение в металлургии и минералогии, а также в любой другой науке, которая заслуживает производства и характеристики материала..

Температура затвердевания и плавления

Теоретически Tc должен быть равен температуре или температуре плавления (Tf). Однако это не всегда верно для всех веществ. Основная причина в том, что, на первый взгляд, легче разрушить молекулы твердого вещества, чем упорядочить молекулы жидкости..

Следовательно, на практике предпочтительно прибегать к Tf для качественного измерения чистоты соединения. Например, если соединение X имеет много примесей, то его Tf будет более отдаленным от такового у чистого X по сравнению с другим с более высокой чистотой.

Молекулярный порядок

Как уже было сказано, затвердевание переходит в кристаллизацию. Некоторые вещества, учитывая природу их молекул и их взаимодействия, требуют очень низких температур и высоких давлений, чтобы иметь возможность затвердеть.

Например, жидкий азот получается при температуре ниже -196ºC. Чтобы затвердеть, необходимо было бы еще больше охладить его или увеличить давление на него, заставляя молекулы N таким образом.₂ сгруппировать, чтобы создать кристаллизационные ядра.

То же самое можно рассмотреть и для других газов: кислорода, аргона, фтора, неона, гелия; и, самое главное, водород, твердая фаза которого вызвала большой интерес к его потенциальным беспрецедентным свойствам..

С другой стороны, самый известный случай сухой лед, который не более чем СО₂ чьи белые пары обусловлены сублимацией того же при атмосферном давлении. Они были использованы для воссоздания тумана в сценариях.

Для застывающего соединения зависит не только от Tc, но также от давления и других переменных. Чем меньше молекулы (H₂) и чем слабее их взаимодействие, тем сложнее будет заставить их перейти в твердое состояние.

переохлаждение

Жидкость, вещество или смесь, начнет замерзать при температуре в точке затвердевания. Однако при определенных условиях (таких как высокая чистота, медленное время охлаждения или очень энергичная среда) жидкость может выдерживать более низкие температуры без замерзания. Это называется переохлаждением.

Пока еще нет абсолютного объяснения этого явления, но теория утверждает, что все те переменные, которые препятствуют росту ядер кристаллизации, способствуют переохлаждению..

Почему? Потому что крупные кристаллы образуются из ядер после добавления к ним окружающих молекул. Если этот процесс ограничен, даже если температура ниже Tc, жидкость останется неизменной, как это происходит с крошечными каплями, которые образуют и делают облака видимыми в небе.

Все переохлажденные жидкости являются метастабильными, то есть они подвержены малейшему внешнему воздействию. Например, если они добавляют небольшой кусочек льда или слегка его встряхивают, они мгновенно замерзают, что приводит к увлекательному и простому в выполнении эксперименту..

Примеры затвердевания

-Хотя желатин и не является твердым веществом, он является примером процесса затвердевания при охлаждении..

-Расплавленное стекло используется для создания и дизайна многих предметов, которые после охлаждения сохраняют свои окончательные определенные формы..

-Подобно тому, как пузырь замерз при соприкосновении со снегом, бутылка с газировкой может страдать от того же самого процесса; и если он переохлажден, его замерзание будет мгновенным.

-Когда лава извергается из вулканов, покрывающих ее края или поверхность земли, она затвердевает, когда теряет температуру, пока не превратится в магматические породы..

-Яйца и кексы затвердевают с повышением температуры. Точно так же слизистая оболочка носа делает, но из-за обезвоживания. Другой пример также можно найти в краске или клеях.

Однако следует отметить, что затвердевание не происходит в последних случаях в результате охлаждения. Следовательно, тот факт, что жидкость затвердевает, не обязательно означает, что она замерзает (это не приводит к значительному снижению ее температуры); но когда жидкость замерзает, она заканчивается затвердеванием.

другие:

- Превращение воды в лед: это происходит при 0 ° C с образованием льда, снега или кубиков льда.

- Воск свечи, который плавится вместе с пламенем и снова затвердевает.

- Замораживание пищи для ее сохранения: в этом случае она замораживает молекулы воды внутри клеток мяса или овощей.

- Выдувное стекло: оно плавится, чтобы придать форму, а затем затвердеть.

- Производство мороженого: обычно это молочные продукты, которые затвердевают.

- При получении конфет, в которых растоплен и отвержден сахар.

- Масло и маргарин являются жирными кислотами в твердом состоянии.

- Металлургия: при изготовлении слитков или балок или конструкций из определенных металлов.

- Цемент представляет собой смесь известняка и глин, которые при смешивании с водой имеют свойство затвердевать.

- При производстве шоколада какао-порошок смешивают с водой и молоком, которое после высыхания затвердевает..

ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Замораживание. Взято из: en.wikipedia.org
3. Лорен А. Якобсон. (16 мая 2008 г.) Застывания. [PDF]. Взято из: infohost.nmt.edu/
4. Слияние и отверждение. Взято из: juntadeandalucia.es
5. Доктор Картер. Затвердевание расплава. Взято из: itc.gsw.edu/
6. Экспериментальное объяснение переохлаждения: почему вода не замерзает в облаках. Взято из: esrf.eu
7. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (22 июня 2018 г.) Определение и примеры затвердевания. Взято из: мыслиco.com