Cietināšanas cietināšanas punkts un piemēri



The sacietēšana tā ir šķidrās pieredzes maiņa, kad tā pāriet uz cieto fāzi. Šķidrums var būt tīra viela vai maisījums. Arī izmaiņas var rasties temperatūras krituma vai ķīmiskās reakcijas rezultātā.

Kā var izskaidrot šo parādību? Vizuāli šķidrums sāk kļūt apzaļumots vai sacietējis, līdz tas apstājas brīvi. Tomēr cietināšana faktiski sastāv no vairākiem soļiem, kas notiek mikroskopiskos svaros.

Cietināšanas piemērs ir šķidruma burbulis, kas sasalst. Augstāk redzamajā attēlā var redzēt, kā burbulis sasalst, kad tas nokļūst sniegā. Kāda ir tā burbuļa daļa, kas sāk sacietēt? Tas, kas ir tiešā saskarē ar sniegu. Sniegs darbojas kā balsts, uz kura var izvietot burbuļa molekulas.

No burbuļa apakšējās daļas ātri izdalās cietināšana. To var redzēt "stikla priedēs", kas aptver visu virsmu. Šīs priedes atspoguļo kristālu augšanu, kas nav nekas vairāk kā kārtīgs un simetrisks molekulu izkārtojums.

Lai panāktu sacietēšanu, ir nepieciešams, lai šķidruma daļiņas tiktu sakārtotas tā, lai tās savstarpēji mijiedarbotos. Šīs mijiedarbības kļūst spēcīgākas, samazinoties temperatūrai, kas ietekmē molekulāro kinētiku; tas ir, tie kļūst lēnāki un kļūst par kristāla daļu.

Šis process ir pazīstams kā kristalizācija, un kodols (mazu daļiņu agregāti) un atbalsts paātrina šo procesu. Kad šķidrums ir kristalizēts, tad tiek teikts, ka tas ir sacietējis vai sasaldēts.

Indekss

  • 1 Cietināšanas entalpija
    • 1.1. Kāpēc cietēšanas laikā temperatūra paliek nemainīga?
  • 2 Sasalšanas punkts
    • 2.1. Cietināšana un kušanas temperatūra
    • 2.2. Molekulārā pasūtīšana
  • 3 Pārsildīšana
  • 4 Cietināšanas piemēri
  • 5 Atsauces

Cietināšanas entalpija

Ne visas vielas sacietē tajā pašā temperatūrā (vai ar tādu pašu apstrādi). Daži pat "iesaldē" virs istabas temperatūras, kā tas notiek ar cietām vielām ar augstu kušanas temperatūru. Tas ir atkarīgs no daļiņu veida, kas veido cieto vielu vai šķidrumu.

Cietā vielā tie spēcīgi mijiedarbojas un saglabā vibrāciju fiksētās telpu pozīcijās, bez pārvietošanās brīvības un ar noteiktu tilpumu, savukārt šķidrumā tiem ir spēja pārvietoties, piemēram, ar daudziem slāņiem, kas pārvietojas viens ar otru, aizņemot to tilpumu. konteiners, kas satur to.

Lai cietā viela nonāktu šķidrā fāzē, cietajai enerģijai ir nepieciešama siltuma enerģija; Citiem vārdiem sakot, tai ir nepieciešams siltums. Siltums tiek iegūts no tās apkārtnes, un minimālais daudzums, kas absorbē, lai radītu pirmo šķidruma pilienu, ir pazīstams kā latentā kodolsintēzes siltums (ΔHf)..

No otras puses, šķidrumam ir jāatbrīvo siltums apkārtējai videi, lai pasūtītu tās molekulas un kristalizētos cietajā fāzē. Atbrīvotā siltums ir latentā sacietēšanas vai sasalšanas siltums (ΔHc). Gan ΔHf, gan ΔHc ir vienādi lielumi, bet ar pretējiem virzieniem; pirmajā ir pozitīva zīme un otrā negatīvā zīme.

Kāpēc cietēšanas laikā temperatūra paliek nemainīga?

Atsevišķā brīdī šķidrums sāk sasalst, un termometrs parāda temperatūru T. Kaut arī tas nav pilnīgi sacietējis, T paliek nemainīgs. Tā kā ΔHc ir negatīva zīme, tas sastāv no eksotermiska procesa, kas izdala siltumu.

Tāpēc termometrs nolasīs šķidruma izdalīto siltumu tās fāzes maiņas laikā, novēršot temperatūras kritumu. Piemēram, ja jūs ievietojat šķidrumu saturošo trauku ledus vannā. Tādējādi T nesamazinās, līdz pilnīga cietināšana ir pabeigta.

Kādas vienības pievieno šos siltuma mērījumus? Parasti kJ / mol vai J / g. Tos interpretē šādi: kJ vai J ir siltuma daudzums, kam nepieciešams 1 mols šķidruma vai 1 g, lai varētu atdzist vai sacietēt.

Piemēram, ūdens gadījumā ΔHc ir vienāds ar 6,02 kJ / mol. Tas nozīmē, ka 1 mols tīra ūdens jāatbrīvo no 6,02 kJ siltuma, lai varētu iesaldēt, un šis siltums ir tas, kas uztur temperatūru nemainīgu procesā. Līdzīgi 1 mols ledus nepieciešams absorbēt 6,02 kJ siltuma, lai izkausētu.

Sasalšanas punkts

Precīzā temperatūrā, kurā notiek process, to sauc par sacietēšanas punktu (Tc). Tas dažādām vielām ir atšķirīgs atkarībā no tā, cik spēcīga ir to molekulārā mijiedarbība.

Tīrība ir arī svarīgs mainīgais, jo netīra cieta viela nemainās tajā pašā temperatūrā kā tīra. Iepriekš minētais ir pazīstams kā sasalšanas punkta kritums. Lai salīdzinātu vielas sacietēšanas punktus, ir nepieciešams izmantot kā atsauci to, kas ir pēc iespējas tīrāks.

Tomēr to pašu nevar piemērot risinājumiem, piemēram, metālu sakausējumiem. Lai salīdzinātu to sacietēšanas punktus, tos uzskata par maisījumiem ar vienādām masas proporcijām; tas ir, ar tās sastāvdaļu identiskām koncentrācijām.

Protams, sacietēšanas punktam ir liela zinātniska un tehnoloģiska nozīme sakausējumu un citu materiālu šķirņu ziņā. Tas ir tāpēc, ka, kontrolējot laiku un to, kā tie atdzist, jūs varat iegūt dažas vēlamās fiziskās īpašības vai izvairīties no nepiemērotām lietojumprogrammām.

Šī iemesla dēļ šīs koncepcijas izpratne un izpēte ir ļoti svarīga metalurģijā un mineraloģijā, kā arī jebkurā citā zinātnē, kas pelna ražošanu un materiāla raksturojumu..

Cietināšana un kušanas temperatūra

Teorētiski Tc jābūt vienādam ar temperatūru vai kušanas punktu (Tf). Tomēr tas ne vienmēr attiecas uz visām vielām. Galvenais iemesls ir tas, ka no pirmā acu uzmetiena ir vieglāk izjaukt cietās vielas molekulas nekā pasūtīt šķidruma molekulas..

Tādēļ praksē ir vēlams izmantot Tf, lai kvalitatīvi novērtētu savienojuma tīrību. Piemēram, ja savienojumam X piemīt daudz piemaisījumu, tad tā Tf būs tālu no tīra X, salīdzinot ar citu ar augstāku tīrības pakāpi.

Molekulārā pasūtīšana

Kā jau iepriekš teikts, cietināšana sāk kristalizēties. Dažas vielas, ņemot vērā to molekulu raksturu un mijiedarbību, prasa ļoti zemas temperatūras un augstu spiedienu, lai varētu sacietēt.

Piemēram, šķidro slāpekli iegūst temperatūrā, kas zemāka par -196 ° C. Lai to sacietētu, būtu nepieciešams vēl vairāk atdzist vai palielināt spiedienu uz to, piespiežot N molekulas šādā veidā.2 apvienot, lai radītu kristalizācijas kodolus.

Tas pats attiecas arī uz citām gāzēm: skābekli, argonu, fluoru, neonu, hēliju; visaugstākajā gadījumā - ūdeņradis, kura cietā fāze ir radījusi lielu interesi par tās potenciālajām nepieredzētajām īpašībām.

No otras puses, vislabāk zināms gadījums ir sausais ledus, kas ir nekas vairāk kā CO2 kuru baltie tvaiki ir radušies tās sublimācijas rezultātā atmosfēras spiedienā. Tos izmantoja, lai scenārijos atjaunotu miglu.

Lai savienojums sacietētu, tas nav atkarīgs tikai no Tc, bet arī uz spiedienu un citiem mainīgajiem lielumiem. Jo mazākas ir molekulas (H2) un jo vājāka to mijiedarbība, jo grūtāk būs tos pāriet uz cieto stāvokli.

Pārāk dzesēšana

Šķidrums, vai nu viela, vai maisījums, sāks sasalst pie cietināšanas punkta temperatūras. Tomēr noteiktos apstākļos (piemēram, augsta tīrība, lēns dzesēšanas laiks vai ļoti enerģiska vide) šķidrums var izturēt zemākas temperatūras bez sasalšanas. To sauc par pārdzesēšanu.

Vēl nav absolūts parādības skaidrojums, bet teorija uzskata, ka visi mainīgie, kas novērš kristalizācijas kodolu augšanu, veicina pārpildīšanu..

Kāpēc? Tā kā lielie kristāli tiek veidoti no kodoliem pēc tam, kad tiem pievienotas apkārtējās molekulas. Ja šis process ir ierobežots, pat ja temperatūra ir zemāka par Tc, šķidrums paliks nemainīgs, kā tas notiek ar sīkiem pilieniem, kas veido un padara debesis redzamus debesīs..

Visi pārdzesētie šķidrumi ir metastabili, tas ir, tie ir jutīgi pret mazākajiem ārējiem traucējumiem. Piemēram, ja viņi pievieno nelielu ledus gabalu vai nedaudz krata, tie uzreiz iesaldēs, kā rezultātā tiks izklaidēts un viegli izpildāms eksperiments..

Cietināšanas piemēri

-Lai gan želatīns nav pareizi, tas ir dzesēšanas procesa cietēšanas procesa piemērs.

-Izkausētais stikls tiek izmantots, lai radītu un projektētu daudzus objektus, kas pēc atdzesēšanas saglabā galīgās noteiktās formas.

-Tāpat kā burbulis iesaldēja saskarē ar sniegu, sodas pudele var ciest no tā paša procesa; un ja tas ir pārpildīts, tā sasalšana būs tūlītēja.

-Kad lava izceļas no vulkāniem, kas pārklāj tās malas vai zemes virsmu, tas cietina, kad tā zaudē temperatūru, līdz tas kļūst par gļotādām.

-Olas un kūkas sacietē, paaugstinoties temperatūrai. Tāpat arī deguna gļotāda, bet dehidratācijas dēļ. Vēl viens piemērs ir arī krāsas vai līmes.

Tomēr jāatzīmē, ka dzesēšanas rezultātā cietināšanas process pēdējos gadījumos nenotiek. Tāpēc tas, ka šķidrums sacietē, nenozīmē, ka tas sasalst (tas būtiski nemazina tās temperatūru); bet, ja šķidrums sasalst, tas beidzas ar cietināšanu.

Citi:

- Ūdens pārvēršana par ledu: tas notiek 0 ° C temperatūrā, radot ledus, sniega vai ledus kubiņus.

- Sveces vasks, kas kūst ar liesmu un atkal sacietē.

- Pārtikas uzglabāšana tās saglabāšanai: šajā gadījumā tas sasaldē ūdens molekulas gaļas vai dārzeņu šūnās.

- Pūstais stikls: tas kūst un pēc tam sacietē.

- Saldējuma ražošana: parasti tie ir piena produkti, kas sacietē.

- Iegūstot konfektes, kas ir izkusis un cietināts cukurs.

- Sviests un margarīns ir taukskābes cietā stāvoklī.

- Metalurģija: dažu metālu stieņu vai siju vai konstrukciju ražošanā.

- Cements ir kaļķakmens un mālu maisījums, kas, sajaucot ar ūdeni, ir sacietēšanas īpašība.

- Šokolādes ražošanā kakao pulveris tiek sajaukts ar ūdeni un pienu, kas pēc žāvēšanas sacietē.

Atsauces

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning, 448, 467. lpp.
  2. Vikipēdija. (2018). Sasaldēšana Uzņemts no: en.wikipedia.org
  3. Loren A. Jacobson. (2008. gada 16. maijs) Cietināšana [PDF] Ievesta no: infohost.nmt.edu/
  4. Kodināšana un sacietēšana. Uzņemts no: juntadeandalucia.es
  5. Dr Carter. Kušanas cietināšana. Ņemts no: itc.gsw.edu/
  6. Eksperimentāls iztukšošanas izskaidrojums: kāpēc ūdens nesasalst mākoņos. Uzņemts no: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. jūnijs). Cietināšanas definīcija un piemēri. Ņemts no: thinkco.com