ОЧВРСЋИВАЊЕ: ТАЧКА СОЛИДИФИКАЦИЈЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2026

Очвршћавања је течност која пролази промене када је прелази на чврсту фазу. Течност може бити чиста супстанца или смеша. Исто тако, промена може бити последица пада температуре или као последица хемијске реакције.

Како се овај феномен може објаснити? Визуелно, течност почиње да се окамењева или отврдне, до тачке да престане слободно да тече. Међутим, очвршћавање се заправо састоји од низа корака који се дешавају на микроскопским вагама.

Извор: Пикабаи

Пример очвршћавања је течни мехур који се смрзава. На слици изнад можете видети како балон смрзава у контакту са снегом. Који је део мехурића који почиње да се учвршћује? Она која је у директном додиру са снегом. Снег делује као ослонац на који се могу населити молекули мехурића.

Очвршћивање се брзо покреће са дна мехурића. То се може видети у "остакљеним боровима" који се протежу тако да покривају целу површину. Ови борови одражавају раст кристала, који нису ништа друго до наредјени и симетрични распоред молекула.

Да би дошло до скрућивања потребно је да се честице течности могу распоредити на такав начин да делују међусобно. Ове интеракције постају јаче како температура пада, што утиче на молекуларну кинетику; то јест, успоравају и постају део кристала.

Овај процес је познат и као кристализација, а присуство језгра (малих агрегата честица) и носача убрзава овај процес. Једном када се течност кристализира, тада се каже да се очврснула или замрзнула.

Енталпија солидификације

Не учвршћују се све материје на истој температури (или под истим третманом). Неки се чак и „замрзавају“ изнад собне температуре, као што су чврсте супстанце са високим талиштем. Ово зависи од врсте честица које чине чврсту или течну.

У чврстом материјалу, они снажно делују и остају да вибрирају у фиксним положајима у простору, без слободе кретања и одређеног запремине, док у течности имају могућност да се крећу као бројни слојеви који се померају једни против других, заузимајући запремину контејнер који га садржи.

Чврсти састојак захтева топлотну енергију да би прешла у течну фазу; другим речима, потребна јој је топлота. Из околине добија топлоту, а најмања количина коју апсорбује да би створила прву кап течности позната је као латентна топлина фузије (ΔХф).

С друге стране, течност мора ослобађати топлоту у своју околину како би наручила своје молекуле и кристализирала у чврсту фазу. Ослобођена топлота је затим латентна топлота скрућивања или замрзавања (ΔХц). И ΔХф и ΔХц су једнаки по величини, али са супротним смеровима; први има позитиван знак, а други негативни.

Зашто температура остаје константна при скрућивању?

У одређеном тренутку течност почиње да замрзава, а термометар очитава температуру Т. Све док течност није потпуно очврснула, Т остаје константан. Пошто ΔХц има негативан знак, састоји се од егзотермног процеса који ослобађа топлоту.

Због тога ће термометар очитати топлоту коју течност оддаје током промене фазе, супротстављајући се наметнутом паду температуре. На пример, ако се посуда која садржи течност стави у ледену купељ. Стога се Т не смањује док скрућивање није потпуно.

Које јединице прате ова мерења топлоте? Обично кЈ / мол или Ј / г. Они се тумаче на следећи начин: кЈ или Ј је количина топлоте која је потребна 1 молу течности или 1 г да би се могла охладити или очврснути.

На пример, у случају воде, ΔХц је једнак 6,02 кЈ / мол. Односно, 1 мол чисте воде мора давати 6,02 кЈ топлоте да би се смрзнуо, а та топлота одржава температуру константном у процесу. Слично томе, 1 мол леда треба да апсорбује 6,02 кЈ топлоте да би се растопио.

Тачка солидификације

Тачна температура на којој се одвија процес позната је као тачка скрућивања (Тц). То варира у свим супстанцама у зависности од тога колико су снажне њихове интермолекуларне интеракције у чврстом стању.

Чистоћа је такође важна варијабла, јер се нечиста чврста супстанца не очврсне на истој температури као чиста. То је познато као спуштање тачке смрзавања. За поређење тачака скрућивања неке материје потребно је користити као референтну ону која је што чистија.

Међутим, исто се не може применити на растворе, као у случају металних легура. Да би се упоредиле њихове тачке стврдњавања, морају се узети у обзир смеше једнаких пропорција масе; то јест са идентичним концентрацијама његових компоненти.

Свакако да је тачка стврдњавања од великог научног и технолошког интереса у погледу легура и других врста материјала. То је зато што се контролом времена и начина хлађења могу добити нека пожељна физичка својства или се могу избећи она неприкладна за одређену апликацију.

Због тога је разумевање и проучавање овог концепта од великог значаја у металургији и минералогији, као и у било којој другој науци која заслужује да произведе и карактерише неки материјал.

Тачка скрућивања и талишта

Теоретски, Тц треба да буде једнак температури или талишту (Тф). Међутим, то не важи увек за све супстанце. Главни разлог је тај што је, на први поглед, лакше забрљати чврсте молекуле него наредити течне.

Због тога се у пракси преферира употреба Тф за квалитативно мерење чистоће једињења. На пример, ако једињење Кс има много нечистоћа, тада ће његов Тф бити удаљенији од чистог Кс у поређењу са оним са вишом чистоћом.

Молекуларно наређивање

Као што је већ речено, очвршћавање наставља кристализацији. Неким супстанцама, с обзиром на природу њихових молекула и њихове интеракције, потребне су врло ниске температуре и високи притисци да би се могли очврснути.

На пример, течни азот се добија на температурама испод -196 ° Ц. Да га очврсне, било би неопходно да се охлади даље, или повећати притисак на њега, чиме присиљавајући Н ₂ молекуле да се групишу да створи језгра кристализације.

Исто се може узети у обзир и за друге гасове: кисеоник, аргон, флуор, неон, хелијум; а за крајње крајње водоник, чија је чврста фаза изазвала велико интересовање за своја могућа невиђена својства.

Са друге стране, најпознатији је случај суви лед, који није ништа друго до ЦО _2, чије беле испарења настају услед сублимације под атмосферским притиском. Они су коришћени за рекреирање измаглице на позорници.

Да би се једињење очврсло не зависи само од Тц, већ и од притиска и других променљивих. Мањи молекули (Х ₂ ) и слабијих њихове интеракције, теже ће бити да их се чврстом стању.

Суперхлађење

Течност, било да је то супстанца или смеша, почеће да се смрзава на температури на тачки скрућивања. Међутим, под одређеним условима (као што су висока чистоћа, споро време хлађења или веома енергетско окружење), течност може да поднесе ниже температуре без смрзавања. То се назива суперхлађењем.

Још увек не постоји апсолутно објашњење феномена, али теорија подржава да све оне променљиве које спречавају раст језгара кристализације промовишу прекомерно хлађење.

Зашто? Јер из језгара се формирају велики кристали након додавања молекула из околине. Ако је овај процес ограничен, чак и ако је температура испод Тц, течност ће остати непромењена, као што се догађа са ситним капи које чине и чине облаке видљивим на небу.

Све прехлађене течности су метастабилне, односно подложне су најмањим спољашњим поремећајима. На пример, ако им додате мали комад леда или их мало протресете, они ће се одмах смрзнути, што је извести забаван и лак експеримент.

Примери скрућивања

-Иако није чврста супстанца, желатина је пример процеса скрућивања хлађењем.

-Заљено стакло користи се за прављење и обликовање многих предмета који након хлађења задржавају своје коначно дефинисане облике.

-Само када се балон смрзао у додиру са снегом, боца соде би могла да прође исти поступак; а ако се претхлади, његово замрзавање ће бити тренутно.

-Када лава излази из вулкана који покривају њихове ивице или земаљску површину, она се очврсне када изгуби температуру, док не постану магнетске стијене.

- Јаја и колачи се учвршћују са повећањем температуре. Исто тако, носна слузница то ради али због дехидрације. Други пример се такође може наћи у боји или лепковима.

Међутим, треба напоменути да се у последњим случајевима очвршћавање не догађа као продукт хлађења. Стога, чињеница да се нека течност очврсне не мора нужно да она смрзава (не смањује видљиво њену температуру); али када течност замрзне, завршава очвршћавање.

Остало:

- Претварање воде у лед: то се догађа на 0 ° Ц, стварајући ледене, снежне или ледене коцке.

- Восак за свећу који се топи са пламеном и поново се учвршћује.

- Замрзавање хране за њену конзервацију: у овом случају молекули воде су замрзнути унутар ћелија меса или поврћа.

- Пухање стаклом: топи се тако да му се даје облик, а затим очвршћава.

- Производња сладоледа: они су углавном млечни који се учвршћују.

- добијање карамеле, која је истопљени и очврснути шећер.

- Маслац и маргарин су масне киселине у чврстом стању.

- Металургија: у производњи ингота или греда или конструкција одређених метала.

- Цемент је мешавина кречњака и глине која, када се помеша са водом, има својство очвршћивања.

- У производњи чоколаде, какао прах се меша са водом и млеком, који се, када се осуши, очврсне.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр. 448, 467.
2. Википедиа. (2018). Замрзавање. Преузето са: ен.википедиа.орг
3. Лорен А. Јацобсон. (16. мај 2008.). Очврсћивање. . Преузето са: инфохост.нмт.еду/
4. Фузија и очвршћавање. Преузето са: јунтадеандалуциа.ес
5. Др Цартер. Учвршћивање растопине. Преузето са: итц.гсв.еду/
6. Експериментално објашњење суперхлађења: зашто се вода не смрзне у облацима. Преузето са: есрф.еу
7. Хелменстине, др Анне Марие (22. јуна 2018.). Дефиниција и примјери солидификације. Преузето са: тхинкцо.цом