Punct de solidificare solidificare și exemple

4995
Egbert Haynes
Punct de solidificare solidificare și exemple

solidificare este schimbarea pe care o suferă un lichid când trece în faza solidă. Lichidul poate fi o substanță pură sau un amestec. La fel, schimbarea se poate datora unei scăderi a temperaturii sau ca urmare a unei reacții chimice..

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

Sursa: Pixabay

Un exemplu de solidificare este o bulă de lichid care îngheață. În imaginea de mai sus puteți vedea cum o bulă îngheață la contactul cu zăpada. Care este partea bulei care începe să se solidifice? Cel care este în contact direct cu zăpada. Zăpada funcționează ca un suport pe care se pot acomoda moleculele bulei..

Solidificarea se declanșează rapid din partea de jos a balonului. Acest lucru poate fi văzut în „pinii glazurați” care se extind pentru a acoperi întreaga suprafață. Acești pini reflectă creșterea cristalelor, care nu sunt altceva decât aranjamente ordonate și simetrice ale moleculelor.

Pentru ca solidificarea să aibă loc, 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 încetinesc și devin parte a cristalului.

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

Indice articol

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

Entalpia de solidificare

Nu toate substanțele se solidifică la aceeași temperatură (sau sub același tratament). Unii chiar „îngheață” peste temperatura camerei, ca și în cazul solidelor cu topire ridicată. Acest lucru depinde de tipul de particule care alcătuiesc solidul sau lichidul..

În solid, acestea interacționează puternic și rămân vibrante în poziții fixe în 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 altul, ocupând volumul de recipientul care îl conține.

Solidul necesită energie termică pentru a trece la faza lichidă; cu alte cuvinte, are nevoie de căldură. Căldura este obținută din împrejurimile sale, iar cantitatea minimă pe care o absoarbe pentru a genera prima picătură de lichid este cunoscută sub numele de căldură latentă de fuziune (ΔHf)..

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

De ce temperatura rămâne constantă în solidificare?

La un moment dat lichidul începe să înghețe, iar termometrul citește temperatura T. Atâta timp cât nu s-a solidificat complet, T rămâne constant. Deoarece ΔHc are un semn negativ, acesta constă dintr-un proces exoterm care eliberează căldură.

Prin urmare, termometrul va citi căldura degajată de lichid în timpul schimbării fazei sale, contracarând scăderea de temperatură impusă. De exemplu, dacă recipientul care conține lichidul este introdus într-o baie de gheață. Astfel, T nu scade până când solidificarea este complet completă..

Ce 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 necesară de 1 mol de lichid sau 1 g pentru a putea să se răcească sau să se solidifice.

Pentru 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 îngheța, iar această căldură este cea care menține temperatura constantă în proces. În mod similar, 1 mol de gheață trebuie să absoarbă 6,02 kJ de căldură pentru a se topi..

Punct de solidificare

Temperatura exactă în care are loc procesul este cunoscută sub numele de punct de solidificare (Tc). Aceasta variază în toate substanțele, în funcție de cât de puternice sunt interacțiunile lor intermoleculare în solid..

Puritatea este, de asemenea, o variabilă importantă, deoarece un solid impur nu se solidifică la aceeași temperatură ca una pură. Cele de mai sus sunt cunoscute sub numele de scăderea punctului de îngheț. Pentru a compara punctele de solidificare ale unei substanțe, este necesar să se utilizeze ca referință cel care este cât mai pur posibil.

Cu toate acestea, același lucru nu poate fi aplicat pentru soluții, cum este cazul aliajelor metalice. Pentru a compara punctele lor de solidificare, trebuie luate în considerare amestecurile cu aceleași proporții de masă; adică cu concentrații identice ale componentelor sale.

Cu siguranță, punctul de solidificare are un mare interes științific și tehnologic în ceea ce privește aliajele și alte varietăți de materiale. Acest lucru se datorează faptului că, controlând timpul și modul în care sunt răcite, pot fi obținute unele proprietăți fizice dorite sau pot fi evitate cele inadecvate pentru o anumită aplicație..

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

Punct de solidificare și topire

Teoretic Tc ar trebui să fie egal cu temperatura sau punctul de topire (Tf). Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna adevărat pentru toate substanțele. Motivul principal este că, la prima vedere, este mai ușor să încurci moleculele solidului decât să le comanzi pe cele ale lichidului..

Prin urmare, în practică se preferă utilizarea Tf pentru a măsura calitativ puritatea unui compus. De exemplu, dacă un compus X are multe impurități, atunci Tf-ul său va fi mai îndepărtat de cel al X pur în comparație cu altul cu puritate mai mare..

Ordinea moleculară

Așa cum s-a spus până acum, solidificarea continuă să cristalizeze. 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 se obține la temperaturi sub -196ºC. Pentru a-l solidifica, ar fi necesar să-l răcească și mai mult sau să crească presiunea asupra acestuia, forțând astfel moleculele de NDouă să fie grupate împreună pentru a crea nuclee de cristalizare.

Același lucru poate fi luat în considerare și pentru alte gaze: oxigen, argon, fluor, neon, heliu; și pentru cel mai extrem dintre toate, hidrogenul, a cărui fază solidă a atras mult interes pentru posibilele sale proprietăți fără precedent.

Pe de altă parte, cel mai cunoscut caz este gheata uscata, care nu este altceva decât CODouă ai căror vapori albi se datorează sublimării sale la presiunea atmosferică. Acestea au fost folosite pentru a recrea ceață pe scenă..

Pentru ca un compus să se solidifice nu depinde doar de Tc, ci și de presiune și alte variabile. Cu cât moleculele (HDouă) și cu cât interacțiunile lor sunt mai slabe, cu atât va fi mai dificil să îi determinați să meargă la starea solidă.

Supercooling

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

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

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

Toate lichidele răcite sunt metastabile, adică sunt susceptibile la cea mai mică perturbare externă. De exemplu, dacă li se adaugă o mică bucată de gheață sau se agită puțin, vor îngheța instantaneu, ceea ce este un experiment distractiv și ușor de realizat..

Exemple de solidificare

-Deși nu este un solid în sine, gelatina este un exemplu de proces de solidificare prin răcire.

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

-La fel cum bula a înghețat la contactul cu zăpada, o sticlă de sifon poate suferi același proces; iar dacă este supraîncălzit, înghețarea acestuia va fi instantanee.

-Când lava iese din vulcani care își acoperă marginile sau suprafața pământului, aceasta se solidifică atunci când pierde temperatura, până când devine roci magmatice.

-Ouăle și prăjiturile se solidifică odată cu creșterea temperaturii. La fel, mucoasa nazală o face doar din cauza deshidratării. Un alt exemplu poate fi găsit și în vopsele sau lipici.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că solidificarea nu are loc în ultimele cazuri ca produs al răcirii. Prin urmare, faptul că un lichid se solidifică nu înseamnă neapărat că îngheață (nu-și reduce semnificativ temperatura); dar când un lichid îngheață, acesta ajunge să se solidifice.

Alții:

- Conversia apei în gheață: aceasta are loc la 0 ° C producând gheață, zăpadă sau cuburi glaciare.

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

- Congelarea alimentelor pentru conservarea lor: în acest caz, moleculele de apă din celulele cărnii sau legumelor sunt înghețate..

- Suflare de sticlă: aceasta este topită pentru a se forma și apoi se solidifică.

- Fabricarea înghețatei: sunt de obicei produse lactate care se solidifică.

- În obținerea caramelului, care este zahăr topit și solidificat.

- Untul și margarina sunt acizi grași în stare solidă.

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

- Cimentul este un amestec de calcar și argilă care, amestecat cu apă, are 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 și Stanley. Chimie. (Ed. A VIII-a). CENGAGE Learning, p. 448, 467.
  2. Wikipedia. (2018). Congelare. Luat de pe: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (16 mai 2008). Solidificare. [PDF]. Luat de la: infohost.nmt.edu/
  4. Fuziune și solidificare. Luat din: juntadeandalucia.es
  5. Dr. Carter. Solidificarea unui topit. Luat de la: itc.gsw.edu/
  6. Explicație experimentală a supraîncălzirii: de ce apa nu îngheață în nori. Luat de pe: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22 iunie 2018). Definiție și exemple de solidificare. Luat de pe: thoughtco.com

Nimeni nu a comentat acest articol încă.