Kiinteytyksen kiinteytyspiste ja esimerkit

kiinteytystä muutos on nestemäinen kokemus, kun se kulkee kiinteään faasiin. Neste voi olla puhdas aine tai seos. Muutos voi johtua myös lämpötilan laskusta tai kemiallisen reaktion seurauksena.

Miten tämä ilmiö voidaan selittää? Visuaalisesti neste alkaa kiihtyä tai kovettua siihen pisteeseen, että se lakkaa virtaamasta vapaasti. Jähmettyminen koostuu kuitenkin useista vaiheista, jotka tapahtuvat mikroskooppisissa mittakaavoissa.

Esimerkki jähmettymisestä on nestemäinen kupla, joka jäätyy. Yllä olevassa kuvassa näet, miten kupla jäätyy, kun se osuu lumeen. Mikä on osa kuplia, joka alkaa kovettua? Se, joka on suorassa kosketuksessa lumen kanssa. Lumi toimii tukena, johon kuplan molekyylit voidaan sijoittaa.

Kiinteytyminen käynnistyy nopeasti kuplan pohjalta. Tämä näkyy "lasipainoissa", jotka ulottuvat koko pinnan peittämiseksi. Nämä männyt heijastavat kiteiden kasvua, jotka eivät ole pelkästään molekyylien järjestäytyneitä ja symmetrisiä järjestelyjä.

Jotta kiinteytyminen tapahtuisi, on välttämätöntä, että nesteen hiukkaset voidaan järjestää siten, että ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Nämä vuorovaikutukset vahvistuvat, kun lämpötila laskee, mikä vaikuttaa molekyylikinetiikkaan; toisin sanoen ne ovat hitaampia ja tulevat osaksi kristallia.

Tätä prosessia kutsutaan kiteytykseksi, ja ytimen (pienhiukkasten pienet aggregaatit) ja tuen läsnäolo kiihdyttää tätä prosessia. Kun neste on kiteytynyt, sanotaan, että se on jähmettynyt tai jäädytetty.

indeksi

• 1 Jähmettymisen entalpia
  • 1.1 Miksi lämpötila pysyy vakiona kiinteytyksessä?
• 2 Pakastuspiste
  • 2.1 Kiinteytyminen ja sulamispiste
  • 2.2 Molekyylitilaus
• 3 Jäähdytys
• 4 Esimerkkejä kiinteytymisestä
• 5 Viitteet

Jähmettymisen entalpia

Kaikki aineet eivät kiinteyty samassa lämpötilassa (tai samalla käsittelyllä). Jotkut jopa "jäädyttävät" huoneenlämpötilan yläpuolelle, kuten tapahtuu kiintoaineiden ollessa korkealla. Tämä riippuu kiintoaineen tai nesteen muodostavien hiukkasten tyypistä.

Kiinteässä aineessa ne vaikuttavat voimakkaasti ja pysyvät värähtelyinä kiinteissä avaruusasennoissa ilman liikkumisvapautta ja määritellyllä tilavuudella, kun taas nesteessä niillä on kyky liikkua kuten lukuisat kerrokset, jotka liikkuvat toistensa yli ja jotka käyttävät tilaa säiliö, joka sisältää sen.

Kiinteä aine vaatii lämpöenergian siirtymään nestefaasiin; Toisin sanoen se tarvitsee lämpöä. Lämpö saadaan sen ympäristöstä, ja minimimäärä, joka absorboi ensimmäisen nestepisaran muodostamiseksi, tunnetaan fuusion piilevänä lämpönä (ΔHf)..

Toisaalta nesteen on vapautettava lämpö ympäristöönsä tilaamaan molekyylinsä ja kiteytymään kiinteässä faasissa. Vapautunut lämpö on tällöin latentin kiinteytyksen tai jäätymisen lämpö (AHc). Sekä ΔHf että ΔHc ovat suuruisia, mutta vastakkaisiin suuntiin; ensimmäinen sisältää positiivisen merkin ja toisen negatiivisen merkin.

Miksi lämpötila pysyy vakiona kiinteytymisessä?

Tietyssä vaiheessa neste alkaa jäätyä ja lämpömittari näyttää lämpötilan T. Vaikka se ei ole täysin jähmettynyt, T pysyy vakiona. Koska ΔHc: llä on negatiivinen merkki, se koostuu eksotermisestä prosessista, joka vapauttaa lämpöä.

Tästä syystä lämpömittari lukee nesteen vapauttaman lämmön sen vaihemuutoksen aikana, mikä estää asettuneen lämpötilan laskun. Jos esimerkiksi laitat nesteen sisältävän säiliön jäähauteeseen. Siten T ei vähene, ennen kuin kiinteytyminen on kokonaisuudessaan valmis.

Mitkä yksiköt seuraavat näitä lämpömittauksia? Yleensä kJ / mol tai J / g. Näitä tulkitaan seuraavasti: kJ tai J on lämmön määrä, joka vaatii 1 moolin nestettä tai 1 g, jotta se voi jäähtyä tai kiinteytyä.

Esimerkiksi veden tapauksessa AHc on 6,02 kJ / mol. Eli 1 mooli puhdasta vettä tarvitsee vapauttaa 6,02 kJ lämpöä, jotta se voi jäätyä, ja tämä lämpö pitää lämpötilan vakiona prosessissa. Samoin 1 moolin jäätä täytyy absorboida 6,02 kJ lämpöä sulamaan.

Pakastuspiste

Tarkka lämpötila, jossa prosessi tapahtuu, tunnetaan kiinteytyspisteenä (Tc). Tämä vaihtelee kaikissa aineissa sen mukaan, kuinka voimakkaasti niiden molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat kiinteässä aineessa.

Puhtaus on myös tärkeä muuttuja, koska epäpuhdas kiinteä aine ei jähmettyy samassa lämpötilassa kuin puhdas. Edellä mainittu tunnetaan nimellä jäätymispisteen lasku. Aineksen jähmettymispisteiden vertaamiseksi on käytettävä viitteenä mahdollisimman puhdasta.

Samaa ei kuitenkaan voida soveltaa ratkaisuihin, kuten metalliseosten tapauksessa. Niiden jähmettymispisteiden vertaamiseksi olisi pidettävä seoksia, joiden massa on sama; toisin sanoen sen komponenttien identtisillä pitoisuuksilla.

Kovettumispisteellä on tietysti suurta tieteellistä ja teknologista kiinnostusta seosten ja muiden materiaalien lajikkeiden suhteen. Tämä johtuu siitä, että voit säätää aikaa ja miten ne jäähtyvät, voit saada joitakin toivottuja fyysisiä ominaisuuksia tai välttää sopimattomia tiettyyn sovellukseen.

Tästä syystä tämän käsitteen ymmärtäminen ja tutkiminen on erittäin tärkeää metallurgiassa ja mineralogiassa sekä muissa tieteissä, jotka ansaitsevat materiaalin valmistuksen ja karakterisoinnin..

Kiinteytys ja sulamispiste

Teoriassa Tc: n tulisi olla sama kuin lämpötila tai sulamispiste (Tf). Tämä ei kuitenkaan aina päde kaikkiin aineisiin. Tärkein syy on se, että ensi silmäyksellä on helpompaa hajottaa kiinteän aineen molekyylit kuin tilata nesteen molekyylit..

Näin ollen on edullista käytännössä käyttää Tf: tä, jotta voidaan mitata kvalitatiivisesti yhdisteen puhtaus. Esimerkiksi jos yhdisteellä X on monia epäpuhtauksia, sen Tf tulee olemaan kauempana puhtaan X: stä verrattuna toiseen, jolla on suurempi puhtaus.

Molekyylitilaus

Kuten tähän mennessä on sanottu, kiinteytyminen etenee kiteytymiseen. Jotkin aineet edellyttävät niiden molekyylien luonteen ja vuorovaikutuksen vuoksi hyvin alhaisia ​​lämpötiloja ja korkeita paineita, jotta ne voivat jähmettyy.

Esimerkiksi nestemäinen typpi saadaan lämpötiloissa, jotka ovat alle -196 ° C. Sen jähmettämiseksi olisi tarpeen jäähdyttää se vielä enemmän tai lisätä sitä painettaen pakottamalla N-molekyylit tällä tavalla.₂ ryhmitellä yhteen kiteytymisydin muodostamiseksi.

Sama pätee muihin kaasuihin: happea, argonia, fluoria, neonia, heliumia; ja kaikkein äärimmäisimpiä, vety, jonka kiinteä vaihe on herättänyt paljon kiinnostusta sen mahdollisiin ennennäkemättömiin ominaisuuksiin.

Toisaalta tunnetuin tapaus on kuiva jää, mikä on vain CO₂ joiden valkoiset höyryt johtuvat saman sublimoitumisesta ilmakehän paineessa. Näitä on käytetty uudelleen skenaarioiden hämärtymiseen.

Yhdisteen kiinteytyminen ei riipu vain Tc: stä, vaan myös paineesta ja muista muuttujista. Mitä pienemmät molekyylit (H₂) ja mitä heikompi niiden vuorovaikutus, sitä vaikeampaa on saada heidät siirtymään kiinteään tilaan.

alijäähtymisen

Neste, joko aine tai seos, alkaa jäätyä lämpötilassa kiinteytymispisteessä. Kuitenkin tietyissä olosuhteissa (kuten korkea puhtaus, hidas jäähdytysaika tai erittäin energinen ympäristö) neste voi sietää alhaisempia lämpötiloja jäädyttämättä. Tätä kutsutaan ylikierrokseksi.

Ilmiötä ei ole vielä absoluuttisesti selitetty, mutta teoriassa todetaan, että kaikki ne muuttujat, jotka estävät kiteytymisen ytimien kasvun, edistävät ylikuumenemista.

Miksi? Koska ytimistä muodostuu suuria kiteitä sen jälkeen, kun ympäröivät molekyylit on lisätty niihin. Jos tämä prosessi on rajallinen, vaikka lämpötila on alle Tc, neste pysyy muuttumattomana, kuten tapahtuu pienissä pisaroissa, jotka muodostavat ja aiheuttavat pilviä taivaalla.

Kaikki ylikypytetyt nesteet ovat metastabiilia, eli ne ovat alttiita pienimmille ulkoisille häiriöille. Jos he esimerkiksi lisäävät pienen palan jäätä tai ravistavat niitä vähän, ne jäädyttävät välittömästi, mikä johtaa viihdyttävään ja helposti suoritettavaan kokeeseen..

Kiinteytysesimerkkejä

-Vaikka gelatiini ei ole kunnolla kiinteä, se on esimerkki jähmettymisprosessista jäähdyttämällä.

-Sulaa lasia käytetään monien esineiden luomiseen ja suunnitteluun, jotka jäähdytyksen jälkeen säilyttävät lopulliset määritetyt muodot.

-Aivan kuten kupli jäätyi kosketuksiin lumen kanssa, soodapullo saattaa kärsiä samasta prosessista; ja jos se on jäähtynyt, sen jäätyminen on hetkellinen.

-Kun laava puhkeaa tulivuorista, jotka peittävät sen reunat tai maan pinnan, se jähmettyy, kun se menettää lämpötilansa, kunnes se muuttuu kiviksi.

-Munat ja kakut kiinteytyvät lämpötilan noustessa. Samoin nenän limakalvo tapahtuu, mutta dehydraation takia. Toinen esimerkki löytyy myös maaleista tai liimoista.

On kuitenkin huomattava, että jähmettyminen ei tapahdu jälkimmäisissä tapauksissa jäähdytyksen seurauksena. Siksi se, että neste jähmettyy, ei välttämättä tarkoita, että se jäätyy (se ei vähennä sen lämpötilaa tuntuvasti); mutta kun neste jäätyy, se päättyy.

muut:

- Veden muuttuminen jääksi: tämä tapahtuu 0 ° C: ssa, jolloin muodostuu jäätä, lunta tai jääkuutioita.

- Kynttilävaha, joka sulaa liekillä ja jähmettyy uudelleen.

- Elintarvikkeiden jäädyttäminen sen säilyttämiseksi: tässä tapauksessa se jäätyy vesimolekyyleihin lihan tai vihannesten solujen sisällä.

- Puhallettava lasi: se sulaa muotoon ja kiinteytyy.

- Jäätelön valmistus: yleensä ne ovat meijereitä, jotka kiinteytyvät.

- Saat karkkia, joka on sulanut ja kiinteytetty sokeri.

- Voi ja margariini ovat kiinteässä tilassa olevia rasvahappoja.

- Metallurgia: tiettyjen metallien harkkojen tai palkkien tai rakenteiden valmistuksessa.

- Sementti on kalkkikiven ja savien seos, joka veteen sekoitettuna on kovettumisen ominaisuus.

- Suklaan valmistuksessa kaakaojauhe sekoitetaan veteen ja maitoon, joka kuivumisen jälkeen kiinteytyy.

viittaukset

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Pakastaminen. Otettu: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16. toukokuuta 2008) Jähmettyminen. [PDF]. Otettu: infohost.nmt.edu/
4. Fuusio ja kiinteytyminen. Otettu: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Sulan kiinteytyminen. Otettu: itc.gsw.edu/
6. Kokeellinen selitys ylikäyttöön: miksi vesi ei jäätyy pilviin. Otettu: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. kesäkuuta 2018). Kiinteytys määritelmä ja esimerkit. Otettu: thinkco.com