FUZIJA: IZ ČESA JE SESTAVLJEN, PRIMERI IN EKSPERIMENT - KEMIJA - 2025

Fuzijski je sprememba stanja iz trdnega v tekoče za snov v temperaturnem območju. Če ima snov visoko stopnjo čistosti, območje ustreza točno določeni temperaturi: tališču. In ko je določena stopnja nečistoč, je tališče predstavljeno z razponom (npr. 120-122 ° C).

Je eden najpogostejših fizičnih procesov v naravi. Trdne snovi absorbirajo toploto in dvignejo temperaturo, dokler se ne začnejo tvoriti prve kapljice tekočine. Nato sledijo druge kapljice prve, in dokler se vsa trdna snov ne stopi, ostane njena temperatura konstantna.

Vir: Pixabay

Zakaj? Ker se vsa toplota porabi za ustvarjanje več tekočine, namesto da bi segrevali slednjo. Zato imata trdna in tekočina enako temperaturo in sobivata v ravnovesju. Če je oskrba s toploto konstantna, se ravnotežje preusmeri na popolno tvorbo tekočine.

Iz tega razloga, ko se spomladi začne talil ledeni stalaktit, ko se bo sprememba stanja začela, se ne bo končalo, dokler se ne spremeni v tekočo vodo. Na zgornji sliki je razvidno, da v viseči kapljici lebdijo celo ledeni kristali.

Določitev tališča neznane snovi je odličen test za njegovo identifikacijo (če ne vsebuje veliko nečistoč).

Razkriva tudi, kako močne so interakcije med molekulami, ki sestavljajo trdno snov; ko se topi pri višjih temperaturah, močnejše so njegove medmolekulske sile.

Kaj je združitev?

Fuzija je sestavljena iz spremembe stanja iz trdnega v tekoče. Molekule ali atomi v tekočini imajo višjo povprečno energijo, ko se premikajo, vibrirajo in vrtijo z večjimi hitrostmi. Posledično to ustvarja povečanje medmolekulskega prostora in s tem povečanje prostornine (čeprav pri vodi to ni tako).

Ker so molekule bolj kompaktne, jim manjka svobode pri gibanju in imajo nižjo povprečno energijo. Da bi prišlo do prehoda trdna tekočina, morajo molekule ali atomi trdne snovi vibrirati z višjimi hitrostmi, tako da absorbirajo toploto.

Ko vibrira, se loči nabor molekul, ki se združijo in tvorijo prvo kapljico. In torej fuzija ni nič drugega kot taljenje trdne snovi, ki jo povzroči učinek toplote. Višja je temperatura, hitreje se bo trdna snov stopila.

Zlasti fuzija lahko povzroči nastanek tunelov in pore znotraj trdne snovi. To lahko dokažemo z namenskim poskusom za otroke.

Taljene trdne zmesi in emulzije

Vir: Pixabay

Sladoled

Taljenje se nanaša na toplotno taljenje snovi ali zmesi. Izraz pa se uporablja tudi za taljenje drugih snovi, ki niso strogo razvrščene kot trdne snovi: emulzije.

Idealen primer je sladoled. So emulzije zamrznjene vode (v nekaterih pa kristalizirane), z zrakom in maščobami (mleko, smetana, kakav, maslo itd.).

Sladoled se topi ali topi, ker led preseže tališče, zrak začne uhajati, tekočina pa konča, da vleče preostale sestavine.

Kemija sladoleda je izjemno kompleksna in predstavlja zanimivost in radovednost pri obravnavi definicije fuzije.

Sladki in slani led

V zvezi z drugimi trdnimi mešanicami ni mogoče pravilno govoriti o tališču za analitične namene; torej ni odločilno merilo za identifikacijo ene ali več snovi. Ko se ena komponenta topi, se mešanica raztopi v tekoči fazi, ki je diagonalno nasprotna taljenju.

Na primer, trdna zmes ledu-sladkor-sol se bo popolnoma stopila takoj, ko se bo led stopil. Ker sta sladkor in sol v vodi zelo topna, ju bosta raztopila, še ne pomeni, da sta se sladkor in sol stopila.

Primeri

V kuhinji

Nekaj ​​pogostih primerov fuzije je mogoče najti v kuhinji. Masla, čokolade, žvečilni gumi in druge sladkarije se topijo, če prejemajo neposredno toploto od sonca ali če so zaprti v vročih prostorih. Nekateri bomboni, kot so marshmallows, so namerno topljeni za najboljše uživanje njihovih okusov.

Številni recepti navajajo, da je treba eno ali več sestavin najprej stopiti, preden jih dodamo. Med te sestavine spadajo tudi siri, maščobe in med (zelo viskozen).

V okraskih

Za okrasitev določenih prostorov in predmetov se uporabljajo kovine, steklo in keramika z različnimi izvedbami. Te okraske lahko vidimo na terasi stavbe, v steklu in mozaikih nekaterih sten ali na prodajnih izdelkih znotraj draguljarjev.

Vsi so sestavljeni iz materialov, ki se topijo pri zelo visokih temperaturah, zato jih je treba najprej stopiti ali zmehčati, da jih lahko obdelujemo in jim damo želene oblike.

Tu se nato delajo žarilno železo, kot to počnejo kovači pri izdelavi orožja, orodja in drugih predmetov. Prav tako fuzija omogoča pridobivanje zlitin z varjenjem dveh ali več kovin v različnih masnih razmerjih.

Iz staljenega stekla lahko ustvarite okrasne figure, kot so konji, labodi, moški in ženske, potovalni spominki itd.

V naravi

Glavni primeri taljenja v naravi se vidijo pri taljenju ledenih bark; v lavi je mešanica kamnin, ki se je topila zaradi vročine v vulkanih; in v skorji planeta, kjer prevladuje prisotnost tekočih kovin, zlasti železa.

Tališča najpogostejših snovi

Spodaj je navedena vrsta običajnih snovi z ustreznimi tališči:

-Lo, 0 ° C

-Parafin, 65,6ºC

-Kokolat, 15,6-36,1 ° C (upoštevajte, da gre za temperaturno območje, ker obstajajo čokolade, ki se topijo pri nižjih ali višjih temperaturah)

-Palmitinska kislina, 63 ° C

-Agar, 85 ° C

-Fosfor, 44 ° C

-Aluminij, 658 ° C

-Kalcij, 851 ° C

-Zlata, 1083 ° C

-Zaboj, 1083 ° C

-Iron, 1530 ° C

–Srebro, -39 ° C (tekoče je pri sobni temperaturi)

-Metan plin, -182ºC

-Etanol, -117 ° C

-Grafitni ogljik, 4073 ° C

-Diamantni premog, 4096 ° C

Kot je razvidno, imajo kovine na splošno zaradi svojih kovinskih vezi najvišje tališče. Vendar jih ogljik presega, čeprav ima kovalentne vezi, vendar z zelo stabilnimi molekularnimi ureditvami.

Majhne, ​​apolarne molekule, kot sta metan in etanol, ne delujejo dovolj močno, da ostanejo trdne pri sobni temperaturi.

Od preostalega lahko sklepamo na moč medmolekulskih interakcij znotraj trdne snovi z merjenjem njegove tališča. Trdna snov, ki zdrži goreče temperature, mora imeti zelo stabilno strukturo.

Na splošno imajo nepolarne kovalentne trdne snovi nižje tališča kot polarne, ionske in kovinske kovalentne trdne snovi.

Eksperimentirajte za razlago fuzije za otroke in mladostnike

Barvite ledene kupole

To je morda eden najbolj umetniških in preprostih poskusov, kako otrokom razložiti fuzijo. Potrebujete:

-Neke plošče, tako da voda, ko v njih zmrzne, tvorijo kupole

-Velik pladenj za zagotovitev površine, kjer se lahko topi led, ne da bi povzročal pustoš

-Sal (morda najcenejša na trgu)

-Vegetantsko barvanje in kapalko ali žlico, da jih dodate

Ko ledene kupole dobimo in jih položimo na pladenj, se na njihovo površino doda razmeroma majhna količina soli. Že sam stik soli z ledom bo povzročil vodo rek, ki bo zmočil pladenj.

To je zato, ker ima led visoko naklonjenost soli in nastane raztopina, katere tališče je nižje od ledu.

Nato se v kupole doda nekaj kapljic barvila za hrano. Barva bo prodrla v predore kupole in vse njene pore kot prve posledice njenega taljenja. Rezultat je karneval barv, ujetih v ledu.

Končno se bodo barvila zmešala v vodi v pladnju in tako malim gledalcem dala še en vizualni spektakel.

Termična omara

V ohišju z nadzorom temperature je mogoče v snovi, odporne na toploto, postaviti številne snovi. Namen tega eksperimenta je najstnikom pokazati, da ima vsaka snov tališče.

Katere snovi lahko izberemo? Logično je, da kovine in soli ne morejo priti v omaro, saj se talijo pri temperaturah nad 500 ° C (omara bi se stopila).

Zato lahko s seznama snovi izberemo tiste, ki ne presegajo 100 ° C, na primer: živo srebro (ob predpostavki, da je omarica lahko ohlajena pod -40 ° C), led, čokolada, parafin in palmitinska kislina.

Najstniki (in tudi otroci) bi gledali, kako se živo srebro spremeni v kovinsko črno tekočino; nato pa taljenje belega ledu, čokoladne palice, palmitinska kislina in na koncu parafinska sveča.

Da bi pojasnili, zakaj se parafin topi pri višjih temperaturah kot čokolada, bo treba analizirati njegove strukture.

Če sta parafinska in palmitinska kislina organski spojini, mora biti prva sestavljena iz težje molekule ali bolj polarne molekule (ali oboje hkrati). Če pojasnite takšna opažanja, lahko študentom pustite domačo nalogo.

Reference

1. Van't Hul J. (24. julij 2012). Talilni eksperiment znanosti s soljo in tekočimi akvareli. Pridobljeno: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Zabavna dejstva o tališču za otroke. Enostavna znanost za otroke. Pridobljeno od: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (2015, 11. junij). Preprost znanstveni eksperiment za otroke: kaj se topi na soncu? Varčna zabava za dečke in deklice. Pridobljeno: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
5. h2g2. (03.10.2017). Tališča nekaterih pogostih snovi. Pridobljeno: h2g2.com
6. Odprta univerza. (2006-08-03). Tališča. Pridobljeno: open.edu
7. Lumen, Kemija za ne-magistre. (sf). Tališče. Pridobljeno :urs.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13. april 2018). Kateri dejavniki vplivajo na tališče? Sciaching. Pridobljeno: sciaching.com