fuziune este schimbarea stării de la solid la lichid pentru o substanță peste un interval de temperatură. Dacă substanța are un grad ridicat de puritate, domeniul corespunde unei temperaturi specifice: punctul de topire. Și atunci când există un anumit grad de impurități, punctul de topire este reprezentat de un interval (de exemplu, 120-122 ° C).
Este unul dintre cele mai frecvente procese fizice din natură. Solidele absorb căldura și își cresc temperatura până când încep să se formeze primele picături de lichid. Apoi, alte picături urmează primele și, atâta timp cât tot solidul nu s-a topit, temperatura sa rămâne constantă..
De ce? Deoarece toată căldura este consumată pentru a produce mai mult lichid, în loc să o încălzească pe aceasta din urmă. Prin urmare, solidul și lichidul au aceeași temperatură și coexistă în echilibru. Dacă alimentarea cu căldură este constantă, echilibrul ajunge să se deplaseze la formarea completă a lichidului.
Din acest motiv, când o stalactită de gheață începe să se topească primăvara, odată ce a început schimbarea de stare, aceasta nu se va termina până când nu va fi transformată în apă lichidă. În imaginea de mai sus se vede că chiar și unele cristale de gheață plutesc în interiorul unei picături agățate.
Determinarea punctului de topire a unei substanțe necunoscute este un test excelent pentru a o identifica (atâta timp cât nu conține multe impurități).
De asemenea, dezvăluie cât de puternice sunt interacțiunile dintre moleculele care alcătuiesc solidul; pe măsură ce se topește la temperaturi mai ridicate, cu atât forțele sale intermoleculare vor fi mai puternice.
Indice articol
Fuziunea constă într-o schimbare de stare de la solid la lichid. Moleculele sau atomii din lichid au o energie medie mai mare pe măsură ce se mișcă, vibrează și se rotesc la viteze mai mari. Aceasta creează ca o consecință o creștere a spațiului intermolecular și, prin urmare, o creștere a volumului (deși acest lucru nu este cazul cu apa).
Ca și în solid, moleculele sunt într-un aranjament mai compact, le lipsește libertatea în mișcare și au o energie medie mai mică. Pentru ca tranziția solid-lichid să aibă loc, moleculele sau atomii solidului trebuie să vibreze la viteze mai mari prin absorbția căldurii..
Pe măsură ce vibrează, se separă un set de molecule care se reunesc pentru a forma prima picătură. Așadar, fuziunea nu este altceva decât o topire a solidului cauzată de efectul căldurii. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât solidul se va topi mai repede.
În special, fuziunea poate duce la formarea de tuneluri și pori în interiorul solidului. Acest lucru poate fi demonstrat printr-un experiment dedicat pentru copii.
Topirea se referă la topirea la căldură a unei substanțe sau a unui amestec. Cu toate acestea, termenul a fost folosit și pentru a se referi la topirea altor substanțe care nu sunt strict clasificate ca solide: emulsii.
Exemplul ideal este înghețata. Sunt emulsii de apă înghețată (și în unele, cristalizate), cu aer și grăsimi (lapte, smântână, cacao, unt etc.).
Înghețata se topește sau se topește deoarece gheața își depășește punctul de topire, aerul începe să scape, iar lichidul ajunge să tragă restul componentelor sale.
Chimia înghețatei este extrem de complexă și reprezintă un punct de interes și curiozitate atunci când se ia în considerare definiția fuziunii.
În ceea ce privește alte amestecuri solide, nu se poate vorbi în mod corespunzător de un punct de topire în scopuri analitice; adică nu este un criteriu decisiv pentru identificarea uneia sau mai multor substanțe. Într-un amestec, pe măsură ce o componentă se topește, celelalte se pot dizolva în faza lichidă, care este diagonal opusă unei fuziuni..
De exemplu, un amestec solid de gheață-zahăr-sare se va topi complet de îndată ce gheața începe să se topească. Deoarece zahărul și sarea sunt foarte solubile în apă, le va dizolva, dar nu înseamnă că zahărul și sarea s-au topit..
Câteva exemple comune de fuziune pot fi găsite în bucătărie. Unturile, bomboanele de ciocolată, guma și alte dulciuri se topesc dacă primesc căldură directă la soare sau dacă sunt închise în spații fierbinți. Unele dulciuri, cum ar fi marshmallows, sunt topite intenționat pentru a se bucura cât mai bine de aromele lor.
Multe rețete afirmă că unul sau mai multe ingrediente trebuie mai întâi să fie topite înainte de a fi adăugate. Brânzeturile, grăsimile și mierea (foarte vâscoase) sunt, de asemenea, printre aceste ingrediente.
Pentru a decora anumite spații și obiecte, se folosesc metale, sticlă și ceramică cu diferite modele. Aceste ornamente pot fi văzute pe terasa unei clădiri, în sticla și mozaicurile unor pereți sau în articolele de vânzare în interiorul bijutierilor.
Toate sunt alcătuite din materiale care se topesc la temperaturi foarte ridicate, deci trebuie mai întâi să fie topite sau înmuiate pentru a le putea lucra și a le da formele dorite.
Atunci se lucrează fierul cu incandescență, așa cum fac fierarii în fabricarea armelor, a uneltelor și a altor obiecte. De asemenea, fuziunea permite obținerea aliajelor prin sudarea a două sau mai multe metale în proporții de masă diferite..
Din sticla topită puteți crea figuri decorative precum cai, lebede, bărbați și femei, suveniruri de călătorie etc..
Principalele exemple de topire în natură pot fi văzute în topirea aisbergurilor; în lavă, un amestec de roci topite de căldura intensă din interiorul vulcanilor; și în scoarța planetei, unde predomină prezența metalelor lichide, în special a fierului.
Mai jos sunt enumerate o serie de substanțe comune cu punctele lor de topire respective:
-Gheață, 0ºC
-Parafină, 65,6ºC
-Bomboane de ciocolată, 15,6-36,1ºC (rețineți că este un interval de temperatură, deoarece există bomboane care se topesc la temperaturi mai mici sau mai mari)
-Acid palmitic, 63ºC
-Agar, 85ºC
-Fosfor, 44ºC
-Aluminiu, 658ºC
-Calciu, 851ºC
-Aur, 1083ºC
-Cupru, 1083ºC
-Fier, 1530ºC
-Mercur, -39ºC (este lichid la temperatura camerei)
-Gaz metan, -182ºC
-Etanol, -117ºC
-Carbon grafit, 4073ºC
-Cărbune diamantat, 4096ºC
După cum se poate vedea, în general metalele, datorită legăturilor lor metalice, au cele mai mari puncte de topire. Cu toate acestea, carbonul le depășește în ciuda legăturilor covalente, dar cu aranjamente moleculare foarte stabile.
Moleculele mici, apolare, cum ar fi gazul metan și etanolul, nu interacționează suficient de puternic pentru a rămâne solide la temperatura camerei.
Din rest, puterea interacțiunilor intermoleculare din interiorul solidului poate fi dedusă prin măsurarea punctului său de topire. Un solid care rezistă temperaturilor arzătoare trebuie să aibă o structură foarte stabilă.
În general, solidele covalente nepolare au puncte de topire mai scăzute decât solidele covalente polare, ionice și metalice.
Acesta este probabil unul dintre cele mai artistice și mai simple experimente pentru a explica fuziunea copiilor. Ai nevoie:
-Unele plăci, în așa fel încât atunci când apa îngheață în ele formează cupole
-O tavă mare pentru a asigura o suprafață în care gheața se poate topi fără a provoca ravagii
-Sare (poate fi cea mai ieftină de pe piață)
-Vopsele de legume și un picurător sau o lingură pentru a le adăuga
Odată ce cupolele de gheață au fost obținute și plasate pe tavă, se adaugă o cantitate relativ mică de sare pe suprafața lor. Simplul contact al sării cu gheața va provoca râuri de apă care vor uda tava.
Acest lucru se datorează faptului că gheața are o afinitate mare pentru sare și apare o soluție al cărei punct de topire este mai mic decât cel al gheții..
Câteva picături de colorant alimentar sunt apoi adăugate la cupole. Culoarea va pătrunde în tunelurile domului și în toți porii săi, ca primele consecințe ale topirii sale. Rezultatul este un carnaval de culori prinse în gheață.
În cele din urmă, coloranții vor fi amestecați în apa din tavă, oferind un alt spectacol vizual micilor spectatori..
Într-un dulap cu temperatură controlată, o serie de substanțe pot fi plasate în recipiente rezistente la căldură. Scopul acestui experiment este de a arăta adolescenților că fiecare substanță are propriul său punct de topire..
Ce substanțe pot fi alese? În mod logic, nici metalele, nici sărurile nu pot pătrunde în dulap, deoarece acestea se topesc la temperaturi peste 500 ° C (dulapul s-ar topi).
Prin urmare, din lista substanțelor ar putea fi alese cele care nu depășesc 100 ° C, de exemplu: mercur (presupunând că dulapul poate fi răcit sub -40 ° C), gheață, ciocolată, parafină și acid palmitic.
Adolescenții (și copiii) ar privi mercurul transformându-se într-un lichid negru metalic; si apoi topirea ghetii albe, batoanele de ciocolata, acidul palmitic si in final lumanarea cu parafina.
Pentru a explica de ce parafina se topește la temperaturi mai ridicate decât ciocolata, va fi necesar să-i analizăm structurile.
Dacă atât parafina cât și acidul palmitic sunt compuși organici, primii trebuie să fie compuși dintr-o moleculă mai grea, sau o moleculă mai polară (sau ambele în același timp). Oferirea unei explicații a unor astfel de observații ar putea fi lăsată ca teme pentru elevi..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.