Punctul de solidificare a solidificării și exemple

solidificare este schimbarea pe care o trăiește un lichid când trece în faza solidă. Lichidul poate fi o substanță sau un amestec pur. De asemenea, schimbarea se poate datora scăderii temperaturii sau ca urmare a reacției chimice.

Cum poate fi explicat acest fenomen? Din punct de vedere vizual, lichidul începe să devină pietrificat sau întărit, până la punctul în care acesta nu mai curge liber. Cu toate acestea, solidificarea constă, de fapt, dintr-o serie de etape care apar la scale microscopice.

Un exemplu de solidificare este o bule lichidă care îngheață. În imaginea de mai sus puteți vedea cum blochează o bule când atinge zăpada. Care este partea din bule care începe să se solidifice? Ceea ce este în contact direct cu zăpada. Zăpada funcționează ca un suport pe care pot fi găzduite moleculele bulei.

Solidificarea este declanșată rapid din partea de jos a bulei. Acest lucru poate fi văzut în "pini de sticlă" care se extind pentru a acoperi întreaga suprafață. Aceste pini reflectă creșterea cristalelor, care nu sunt decât aranjamente ordonate și simetrice ale moleculelor.

Pentru ca să se producă solidificări, este necesar ca particulele lichidului să poată fi aranjate astfel încât să interacționeze între ele. Aceste interacțiuni devin mai puternice pe măsură ce temperatura scade, ceea ce afectează cinetica moleculară; adică devin mai lente și fac parte din cristal.

Acest proces este cunoscut sub numele de cristalizare, iar prezența unui nucleu (agregate mici de particule) și un suport accelerează acest proces. Odată ce lichidul a cristalizat, se spune că a solidificat sau a fost înghețat.

index

• 1 Entalpia de solidificare
  • 1.1 De ce temperatura rămâne constantă în solidificare?
• 2 Punctul de îngheț
  • 2.1 Solidificarea și punctul de topire
  • 2.2 Ordonarea moleculară
• 3 Supercooling
• 4 Exemple de solidificare
• 5 Referințe

Entalpie de solidificare

Nu toate substanțele se solidifică la aceeași temperatură (sau în același tratament). Unele chiar "îngheață" deasupra temperaturii camerei, așa cum se întâmplă cu solidele cu un punct de topire ridicat. Acest lucru depinde de tipul de particule care alcătuiesc solidul sau lichidul.

În solid, ei interacționează puternic și rămân vibratori în poziții fixe de spațiu, fără libertate de mișcare și cu un volum definit, în timp ce în lichid au capacitatea de a se deplasa ca numeroase straturi care se deplasează unul peste celălalt, ocupând volumul container care îl conține.

Solidul necesită energie termică pentru a trece în faza lichidă; Cu alte cuvinte, are nevoie de căldură. Căldura este obținută din mediul înconjurător, iar cantitatea minimă care absoarbe pentru a genera prima picătură de lichid este cunoscută sub denumirea de căldură latentă de fuziune (ΔHf).

Pe de altă parte, lichidul trebuie să elibereze căldură în împrejurimile sale pentru a-și ordona moleculele și pentru a cristaliza în faza solidă. Căldura eliberată este apoi căldura latentă de solidificare sau congelare (ΔHc). Atât ΔHf cât și ΔHc sunt egale în magnitudine, dar cu direcții opuse; primul are un semn pozitiv, iar cel de-al doilea semn negativ.

De ce temperatura rămâne constantă în solidificare?

La un moment dat, lichidul începe să înghețe, iar termometrul marchează o temperatură T. În timp ce acesta nu sa solidificat complet, T rămâne constant. Deoarece ΔHc are un semn negativ, constă dintr-un proces exotermic care eliberează căldură.

Prin urmare, termometrul va citi căldura eliberată de lichid în timpul schimbării de fază, contracarând căderea de temperatură impusă. De exemplu, dacă puneți recipientul care conține lichidul într-o baie de gheață. Astfel, T nu scade până când solidificarea nu este completă în ansamblul său.

Care unități însoțesc aceste măsurători de căldură? De obicei, kJ / mol sau J / g. Acestea sunt interpretate după cum urmează: kJ sau J este cantitatea de căldură care necesită 1 mol de lichid sau 1 g pentru a se putea răci sau solidifica.

În cazul apei, de exemplu, ΔHc este egal cu 6,02 kJ / mol. Adică, 1 mol de apă pură trebuie să elibereze 6.02 kJ de căldură pentru a putea îngheța, iar această căldură este ceea ce menține temperatura constantă în proces. În mod similar, 1 mol de gheață trebuie să absoarbă 6,02 kJ de căldură pentru a se topi.

Punctul de solidificare

La temperatura exactă în care are loc procesul, acesta este cunoscut ca punctul de solidificare (Tc). Aceasta variază în toate substanțele, în funcție de cât de puternice sunt interacțiunile intermoleculare în solid.

Puritatea este, de asemenea, o variabilă importantă, deoarece un solid impur nu se solidifică la aceeași temperatură ca și cea pură. Cele de mai sus sunt cunoscute sub numele de Punctul de înghețare scade. Pentru a compara punctele de solidificare a unei substanțe, este necesar să se utilizeze ca referință ceea ce este cât mai pur posibil.

Totuși, același lucru nu poate fi aplicat pentru soluții, ca în cazul aliajelor metalice.Pentru a compara punctele lor de solidificare trebuie considerate amestecuri cu proporții de masă egale; adică cu concentrații identice ale componentelor sale.

Desigur, punctul de solidificare este de mare interes științific și tehnologic în ceea ce privește aliajele și alte soiuri de materiale. Acest lucru se datorează faptului că, controlând timpul și cum se răcește, puteți obține unele proprietăți fizice dorite sau puteți evita cele nepotrivite pentru o anumită aplicație.

Din acest motiv, înțelegerea și studiul acestui concept are o mare importanță în metalurgie și mineralogie, precum și în orice altă știință care merită să producă și să caracterizeze un material.

Solidificarea și punctul de topire

Teoretic, Tc ar trebui să fie egală cu temperatura sau punctul de topire (Tf). Totuși, acest lucru nu este întotdeauna adevărat pentru toate substanțele. Principalul motiv este că, la prima vedere, este mai ușor să perturbați moleculele solidului decât să ordonați moleculele lichidului.

Prin urmare, se preferă în practică să se recurgă la Tf pentru a măsura calitativ puritatea unui compus. De exemplu, dacă un compus X are multe impurități, atunci Tf va fi mai îndepărtat decât cel al pur X în comparație cu altul cu o puritate mai mare.

Ordonarea moleculară

Așa cum sa spus până acum, solidificarea continuă cu cristalizarea. Unele substanțe, având în vedere natura moleculelor și interacțiunile lor, necesită temperaturi foarte scăzute și presiuni ridicate pentru a se solidifica.

De exemplu, azotul lichid este obținut la temperaturi sub -196 ° C. Pentru a se solidifica, ar fi necesar să se răcească chiar mai mult sau să crească presiunea asupra ei, forțând astfel moleculele N.₂ pentru a grupa împreună pentru a crea nuclei de cristalizare.

Același lucru poate fi luat în considerare și pentru alte gaze: oxigen, argon, fluor, neon, heliu; și pentru cel mai extrem de toate, hidrogenul, a cărui fază solidă a stârnit un mare interes pentru proprietățile sale potențiale fără precedent.

Pe de altă parte, cel mai cunoscut caz este gheață uscată, care nu este altceva decât CO₂ a căror vapori albi se datorează sublimării acestora la presiune atmosferică. Acestea au fost folosite pentru a recrea ceață în scenariu.

Pentru ca un compus să se solidifice nu depinde numai de Tc, ci și de presiunea și alte variabile. Cu cât moleculele sunt mai mici (H₂) și cu cât interacțiunile lor sunt mai slabe, cu atât mai greu va fi să-i facem să treacă la starea solidă.

suprarăcire

Lichidul, fie o substanță sau un amestec, va începe să se înghețe la temperatura la punctul de solidificare. Cu toate acestea, în anumite condiții (cum ar fi o puritate ridicată, un timp de răcire lent sau un mediu foarte energic), lichidul poate tolera temperaturi mai scăzute fără îngheț. Aceasta se numește supracooling.

Nu există încă o explicație absolută a fenomenului, dar teoria susține că toate acele variabile care împiedică creșterea nucleelor ​​de cristalizare promovează supraîncălzirea.

De ce? Deoarece se formează cristale mari din nuclee după adăugarea de molecule înconjurătoare. Dacă acest proces este limitat, chiar dacă temperatura este sub Tc, lichidul va rămâne neschimbat, așa cum se întâmplă cu picăturile mici care fac și fac vizibile norii de pe cer.

Toate lichidele super-răcite sunt metastabile, adică sunt susceptibile la cea mai mică perturbare externă. De exemplu, dacă se adaugă o mică bucată de gheață sau se scutură puțin, acestea vor îngheța instantaneu, ceea ce are ca rezultat un experiment distractiv și ușor de realizat.

Exemple de solidificare

Deși nu este în mod corespunzător solid, gelatina este un exemplu de proces de solidificare prin răcire.

- Sticla topită este folosită pentru a crea și a crea multe obiecte care, după răcire, își păstrează formele finale definite.

- La fel cum balonul a înghețat în contact cu zăpada, o sticlă de sifon poate suferi același proces; iar dacă este suprinsă, înghețarea va fi instantanee.

- Când apare lava vulcanilor, acoperind marginile sau suprafața terestră, se solidifică atunci când pierde temperatura, până când se transformă în roci igneous.

- Ouăle și prăjiturile se solidifică cu o creștere a temperaturii. În mod similar, mucoasa nazală face acest lucru, dar din cauza deshidratării. Un alt exemplu poate fi găsit și în vopsele sau cleiuri.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că solidificarea nu se produce în ultimele cazuri ca urmare a răcirii. Prin urmare, faptul că un lichid se solidifică nu înseamnă neapărat că îngheață (nu-și reduce temperatura în mod apreciabil); dar când un lichid îngheață, se sfârșește prin a se solidifica.

altele:

- Conversia apei în gheață: apare la 0 ° C, producând cuburi de gheață, zăpadă sau glaciară.

- Ceara de lumânare care se topește cu flacăra și se solidifică din nou.

- înghețarea hranei pentru conservarea ei: în acest caz îngheață moleculele de apă din interiorul celulelor din carne sau din legume.

- Suflarea sticlei: se topeste pentru ao forma si apoi se solidifica.

- fabricarea de înghețată: de obicei sunt lactate care se solidifică.

- În obținerea bomboanelor, care este topit și solidificat de zahăr.

- Untul și margarina sunt acizi grași în stare solidă.

- Metalurgie: la fabricarea lingourilor sau grinzilor sau a structurilor unor metale.

- Cimentul este un amestec de calcar și argile care, atunci când sunt amestecate cu apă, au proprietatea de întărire.

- La fabricarea ciocolatei, pudra de cacao este amestecată cu apă și lapte care, atunci când sunt uscate, se solidifică.

referințe

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie. (Ediția a 8-a). CENGAGE Learning, p 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Congelarea. Luată de la: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16 mai 2008) Solidificarea. [PDF]. Luată de la: infohost.nmt.edu/
4. Fuziune și solidificare. Luată de la: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Solidificarea unei topituri. Luate de la: itc.gsw.edu/
6. Explicația experimentală a supercoolării: de ce apa nu îngheață în nori. Luat de la: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 iunie 2018). Definirea și exemplele de solidificare. Luat de la: thoughtco.com