Katılaşma katılaşma noktası ve örnekler



katılaşma Bir sıvının katı faza geçtiğinde yaşadığı değişimdir. Sıvı, saf bir madde veya bir karışım olabilir. Ayrıca, değişiklik sıcaklıktaki bir düşüşe veya kimyasal bir reaksiyonun bir sonucu olabilir..

Bu fenomen nasıl açıklanabilir? Görsel olarak, sıvı serbestçe akmasını durduracak şekilde taşlaşmış veya sertleşmeye başlar. Bununla birlikte, katılaşma aslında mikroskobik ölçeklerde gerçekleşen bir dizi adımdan oluşur..

Bir katılaşma örneği, donan bir sıvı kabarcığıdır. Yukarıdaki resimde, bir kabarcığın karda çarptığında nasıl donacağını görebilirsiniz. Kabarcıkta katılaşmaya başlayan kısım nedir? Kar ile doğrudan temas halinde olanı. Kar, kabarcık moleküllerinin dayanabileceği bir destek olarak çalışır.

Katılaşma hızlı bir şekilde kabarcığın dibinden tetiklenir. Bu, tüm yüzeyi kaplayacak şekilde uzayan "cam çubuklarda" görülebilir. Bu çamlar, moleküllerin düzenli ve simetrik düzenlemelerinden başka bir şey olmayan kristallerin büyümesini yansıtır..

Katılaşmanın gerçekleşmesi için, sıvı parçacıklarının birbirleriyle etkileşecek şekilde düzenlenmesi gerekir. Moleküler kinetiği etkileyen sıcaklık azaldıkça bu etkileşimler güçlenir; yani yavaşlarlar ve kristalin bir parçası olurlar.

Bu işlem kristalleşme olarak bilinir ve bir çekirdeğin (küçük partikül agregaları) ve bir desteğin varlığı bu işlemi hızlandırır. Sıvının kristalleştiği zaman, katılaşmış veya donmuş olduğu söylenir..

indeks

  • 1 Katılaşma entalpisi
    • 1.1 Katılaşmada neden sıcaklık sabit kalıyor??
  • 2 Donma noktası
    • 2.1 Katılaşma ve erime noktası
    • 2.2 Moleküler sipariş
  • 3 Süper Soğuma
  • 4 Katılaşma örnekleri
  • 5 Kaynakça

Katılaşma entalpisi

Bütün maddeler aynı sıcaklıkta (veya aynı işlem altında) katılaşmaz. Erime noktası yüksek katılarda olduğu gibi, bazıları oda sıcaklığının üzerinde "donuyor". Bu katı ya da sıvıyı oluşturan parçacıkların türüne bağlıdır..

Katı içinde kuvvetli etkileşirler ve hareketin serbestliği olmadan ve tanımlanmış bir hacim ile sabit alan pozisyonlarında titreşimli kalırlar; sıvıda ise, birbirlerinin üzerinde hareket eden sayısız katmanlar gibi hareket etme kapasitesine sahiptirler. içeren kap.

Katı, sıvı faza geçmek için termal enerji gerektirir; Başka bir deyişle, ısıya ihtiyacı var. Isı, çevresinden elde edilir ve ilk sıvı damlasını üretmek için emen minimum miktar, gizli füzyon ısısı (ΔHf) olarak bilinir..

Diğer taraftan, sıvı moleküllerini sipariş etmek ve katı fazda kristalleşmek için çevresine ısı salmak zorundadır. Salınan ısı, daha sonra gizli katılaşma veya donma ısısıdır (ΔHc). Hem fHf hem de ΔHc büyüklükte fakat ters yönlerde eşittir; Birincisi olumlu bir işaret, ikincisi negatif bir işaret taşır.

Katılaşmada sıcaklık neden sabit kalıyor??

Belirli bir anda sıvı donmaya başlar ve termometre T sıcaklığını gösterir. Tamamen katılaşmamış olsa da, T sabit kalır. CHc negatif bir işarete sahip olduğundan, ısı veren bir ekzotermik süreçten oluşur..

Bu nedenle, termometre, faz değişimi sırasında sıvının saldığı ısıyı okuyarak uygulanan sıcaklık düşüşünü önler. Örneğin, sıvı içeren kabı bir buz banyosuna koyarsanız. Bu nedenle, T katılaştırma tamamen tamamlanıncaya kadar azalmaz..

Bu ısı ölçümlerine hangi üniteler eşlik eder? Genellikle kJ / mol veya J / g. Bunlar şu şekilde yorumlanır: kJ veya J, soğuması veya katılaşması için 1 mol sıvı veya 1 g gerektiren ısı miktarıdır.

Su için, örneğin ΔHc, 6.02 kJ / mol'e eşittir. Yani, 1 mol saf suyun, donabilmesi için 6.02 kJ ısı salması gerekir ve bu sıcaklık işlemdeki sıcaklığı sabit tutan şeydir. Benzer şekilde, 1 mol buzun erimesi için 6.02 kJ ısıyı emmesi gerekir.

Donma noktası

İşlemin gerçekleştiği tam sıcaklıkta, katılaşma noktası (Tc) olarak bilinir. Bu, moleküller arası etkileşimlerin katı içinde ne kadar güçlü olduğuna bağlı olarak tüm maddelerde değişiklik gösterir..

Saflık ayrıca önemli bir değişkendir, çünkü saf olmayan bir katı, saf bir katı ile aynı sıcaklıkta katılaşmaz. Yukarıdaki donma noktası düşmesi. Bir maddenin katılaşma noktalarını karşılaştırmak için, mümkün olduğu kadar saf olan bir referans olarak kullanmak gerekir..

Bununla birlikte, aynısı metal alaşımlarında olduğu gibi çözeltiler için uygulanamaz. Katılaşma noktalarını karşılaştırmak için eşit kütle oranlarına sahip karışımlar olarak kabul edilmelidir; yani, bileşenlerinin özdeş konsantrasyonları ile.

Elbette, katılaşma noktası alaşımlar ve diğer malzeme çeşitleriyle ilgili olarak büyük bilimsel ve teknolojik açıdan ilgi çekicidir. Bunun nedeni, zamanın ve nasıl soğuduklarının kontrol edilmesiyle, bazı istenen fiziksel özelliklere sahip olabileceğiniz veya belirli uygulamalarda uygunsuz olanlardan kaçınabileceğinizdir..

Bu nedenle, bu kavramın anlaşılması ve incelenmesi metalurji ve mineralojide ve ayrıca bir malzemenin imalat ve karakteristiğine önem veren diğer tüm bilim dallarında büyük öneme sahiptir..

Katılaşma ve erime noktası

Teorik olarak Tc, sıcaklık veya erime noktasına (Tf) eşit olmalıdır. Bununla birlikte, bu tüm maddeler için her zaman doğru değildir. Asıl sebep, ilk bakışta, katı moleküllerini parçalamak sıvının düzenini vermekten daha kolay olmasıdır..

Dolayısıyla, pratikte bir bileşiğin saflığını niteliksel olarak ölçmek için Tf'ye başvurmak tercih edilir. Örneğin, eğer bir bileşik X birçok safsızlığa sahipse, o zaman onun Tf'si daha yüksek saflıkta olana kıyasla saf X'inkinden daha uzak olacaktır..

Moleküler sipariş

Şimdiye kadar söylendiği gibi, katılaşma kristalizasyona ilerlemektedir. Moleküllerinin doğası ve etkileşimleri göz önüne alındığında bazı maddeler, katılaşabilmeleri için çok düşük sıcaklıklar ve yüksek basınçlar gerektirir..

Örneğin, -196ºC'nin altındaki sıcaklıklarda sıvı azot elde edilir. Katılaştırmak için, N moleküllerini bu şekilde zorlayarak, onu daha fazla soğutmak ya da üzerindeki baskıyı arttırmak gerekli olacaktır.2 kristalleşme çekirdeklerini oluşturmak için birlikte gruplamak.

Aynısı diğer gazlar için de düşünülebilir: oksijen, argon, flor, neon, helyum; ve hepsinden önemlisi, katı fazı, eşi benzeri görülmemiş özellikleri için büyük ilgi uyandıran hidrojen..

Öte yandan, en iyi bilinen durum, kuru buz, bu CO'dan başka bir şey değil2 beyaz buharları, atmosferik basınçta aynı süblimasyondan kaynaklanmaktadır. Bunlar senaryolarda pus yaratmak için kullanılmıştır..

Bir bileşiğin katılaşması için sadece Tc'ye değil, aynı zamanda basınç ve diğer değişkenlere de bağlıdır. Moleküller ne kadar küçük2) ve etkileşimleri ne kadar zayıf olursa, katı duruma geçmelerini sağlamak o kadar zor olacaktır..

aşırı soğuma

Bir madde veya karışım olan sıvı, katılaşma noktasındaki sıcaklıkta donmaya başlayacaktır. Bununla birlikte, belirli koşullar altında (yüksek saflıkta, yavaş bir soğutma süresi veya çok enerjik bir ortam gibi), sıvı donmadan düşük sıcaklıklara tolerans gösterebilir. Buna süper soğutma denir.

Bu fenomenin henüz tam bir açıklaması yok, ancak teori, kristalleşme çekirdeklerinin büyümesini önleyen tüm değişkenlerin aşırı soğutmayı desteklediğini savunuyor.

Neden? Çünkü çekirdeklere moleküller eklendikten sonra çekirdeklerden büyük kristaller oluşur. Bu işlem sınırlıysa, sıcaklık Tc'nin altında olsa bile, sıvı, gökyüzünde meydana gelen ve bulutları gökyüzünde görünür kılan küçük damlalarda olduğu gibi değişmeden kalacaktır..

Tüm aşırı soğutulmuş sıvılar, en hafif dış bozulmaya karşı hassastır; Örneğin, küçük bir buz parçası eklerler veya biraz sallarlarsa, anında donarlar; bu da eğlenceli ve gerçekleştirmesi kolay bir deneyle sonuçlanır..

Katılaşma örnekleri

-Düzgün bir şekilde katı olmamasına rağmen, jelatin soğutularak bir katılaşma işleminin bir örneğidir.

-Erimiş cam, soğutulduktan sonra nihai nihai formlarını koruyan birçok nesne oluşturmak ve tasarlamak için kullanılır..

-Kabarcık karla temas ettiğinde donduğunda, bir soda şişesi de aynı sürece maruz kalabilir; ve eğer aşırı soğutulursa, donması anında gerçekleşir.

-Lav, kenarlarını veya yeryüzünün yüzeyini kaplayan volkanlardan dışarı çıktığında, sıcaklık kaybedildiğinde, magmatik kayalara dönüşene kadar katılaşır..

-Yumurtalar ve kekler sıcaklıktaki bir artış ile katılaşırlar. Benzer şekilde, burun mukozası dehidratasyondan kaynaklanır. Başka bir örnek ayrıca boya veya yapıştırıcılar içinde bulunabilir..

Bununla birlikte, soğutma sonucunda katılaşmanın ikinci durumda meydana gelmediğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, bir sıvının katılaşması gerçeğinin mutlaka donacağı anlamına gelmez (sıcaklığını önemli ölçüde azaltmaz); ancak bir sıvı donduğunda katılaşır.

diğer:

- Suyun buza dönüşümü: bu 0 ° C'de oluşur, buz, kar veya buz küpleri oluşturur.

- Alevle eriyen ve tekrar katılaşan mum balmumu.

- Gıdaların korunması için dondurulması: bu durumda et veya sebze hücrelerinin içindeki su moleküllerini dondurur.

- Üfleme camı: biçimlendirilir ve sonra katılaşır..

- Dondurma üretimi: genellikle katılaşan sütlerdir..

- Eritilmiş ve katılaşmış şekerin elde edilmesinde.

- Tereyağı ve margarin katı halde yağ asitleridir.

- Metalurji: külçelerin, kirişlerin veya bazı metallerin yapılarının imalatında.

- Çimento, kireçtaşı ve kil karışımı olup, suyla karıştığında sertleşme özelliğine sahiptir..

- Çikolata üretiminde, kakao tozu, kuruduğunda katılaşan su ve süt ile karıştırılır..

referanslar

  1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. basım). CENGAGE Öğrenme, p 448, 467.
  2. Vikipedi. (2018). Donma. Alındığı kaynak: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (16 Mayıs 2008) Katılaşma. [PDF]. Alındığı kaynak: infohost.nmt.edu/
  4. Füzyon ve katılaşma. Alındığı yer: juntadeandalucia.es
  5. Carter. Bir eriyiğin katılaşması. Alındığı kaynak: itc.gsw.edu/
  6. Süper soğutmanın deneysel açıklaması: su bulutlarda neden donmaz? Alındığı kaynak: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Haziran 2018). Katılaşma Tanımı ve Örnekler. Alındığı kaynak: thoughtco.com