STRJEVANJE: TOČKA STRJEVANJA IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Strjevanje je tekočina, ki je podvržen spremembam, ko ga prenese na trdno fazo. Tekočina je lahko čista snov ali zmes. Prav tako je sprememba lahko posledica padca temperature ali kot posledica kemične reakcije.

Kako je mogoče pojasniti ta pojav? Vizualno se tekočina začne okameneti ali utrjena, do te mere, da preneha prosto teči. Vendar je strjevanje dejansko sestavljeno iz niza korakov, ki se pojavijo na mikroskopskih lestvicah.

Vir: Pixabay

Primer strjevanja je tekoči mehurček, ki zmrzne. Na zgornji sliki si lahko ogledate, kako mehurček ob stiku s snegom zamrzne. Kakšen je del mehurčka, ki se začne strjevati? Tistega, ki je v neposrednem stiku s snegom. Sneg deluje kot podpora, na kateri se lahko naselijo molekule mehurčka.

Strjevanje se hitro sproži od dna mehurja. To lahko opazimo pri "zastekljenih borovcih", ki segajo do celotne površine. Ti borovi odražajo rast kristalov, ki niso nič drugega kot urejene in simetrične razporeditve molekul.

Za strjevanje je potrebno, da so delci tekočine razporejeni tako, da medsebojno delujejo. Te interakcije postajajo močnejše, ko se temperatura znižuje, kar vpliva na molekularno kinetiko; torej se upočasnijo in postanejo del kristala.

Ta postopek poznamo kot kristalizacijo in prisotnost jedra (majhnih agregatov delcev) in podpore pospešuje ta proces. Ko se tekočina kristalizira, se potem strdi ali zamrzne.

Entalpija strjevanja

Vse snovi se ne strdijo pri isti temperaturi (ali pri isti obdelavi). Nekateri celo "zamrznejo" nad sobno temperaturo, na primer trdne snovi. To je odvisno od vrste delcev, ki sestavljajo trdno ali tekočino.

V trdnem delu močno vplivajo in ostanejo vibrirati v fiksnih položajih v prostoru, brez svobode gibanja in z določenim volumnom, medtem ko se v tekočini lahko premikajo kot številne plasti, ki se premikajo druga nad drugo, zasedajo volumen posodo, ki jo vsebuje.

Trdna snov zahteva toplotno energijo, da preide v tekočo fazo; z drugimi besedami, potrebuje toploto. Iz okolice dobi toploto, najmanjša količina, ki jo absorbira, da ustvari prvo kapljico tekočine, je znana kot latentna toplotna fuzija (ΔHf).

Po drugi strani pa mora tekočina oddajati toploto v okolico, da lahko svoje molekule in kristalizira v trdno fazo. Izpuščena toplota je nato latentna toplota strjevanja ali zmrzovanja (ΔHc). ΔHf in ΔHc sta po velikosti enaki, vendar v nasprotnih smereh; prvi ima pozitiven predznak, drugi pa negativni znak.

Zakaj temperatura pri strjevanju ostane konstantna?

V določenem trenutku začne tekočina zamrzniti in termometer odčita temperaturo T. Dokler se tekočina še ni popolnoma strdila, ostane T konstanten. Ker ima ΔHc negativen predznak, je sestavljen iz eksotermičnega procesa, ki sprošča toploto.

Zato bo termometer odčital toploto, ki jo je tekočina oddajala med spreminjanjem faze, in preprečil namerni padec temperature. Na primer, če posodo, ki vsebuje tekočino, damo v ledeno kopel. Tako se T ne zmanjša, dokler strjevanje ni popolnoma.

Katere enote spremljajo te meritve toplote? Običajno kJ / mol ali J / g. Razlagajo se na naslednji način: kJ ali J je količina toplote, ki jo potrebuje 1 mol tekočine ali 1 g, da se lahko ohladi ali strdi.

Na primer za vodo je ΔHc enak 6,02 kJ / mol. To pomeni, da 1 mol čiste vode mora oddati 6,02 kJ toplote, da zamrzne, in prav ta toplota ohranja temperaturo konstantno v procesu. Podobno mora 1 mol ledu absorbirati 6,02 kJ toplote, da se stopi.

Točka strjevanja

Natančna temperatura, kjer se postopek pojavi, je znana kot točka strjevanja (Tc). To se razlikuje pri vseh snoveh, odvisno od tega, kako močne so njihove medmolekulske interakcije v trdni snovi.

Čistost je tudi pomembna spremenljivka, saj se nečista trdna snov ne strdi pri isti temperaturi kot čista. To je znano kot znižanje ledišča. Za primerjavo točk strjevanja snovi je treba kot referenco uporabiti tisto, ki je čim bolj čista.

Vendar pa isto ni mogoče uporabiti za raztopine, kot pri kovinskih zlitinah. Za primerjavo njihovih točk strjevanja je treba upoštevati mešanice z enakimi masnimi deleži; torej z enakimi koncentracijami njegovih komponent.

Gotovo je točka strjevanja velikega znanstvenega in tehnološkega interesa v zvezi z zlitinami in drugimi sortami materialov. To je zato, ker lahko s krmiljenjem časa in načina hlajenja pridobimo nekatere zaželene fizične lastnosti ali preprečimo tiste, ki so neprimerne za določeno uporabo.

Zato je razumevanje in proučevanje tega koncepta zelo pomembno v metalurgiji in mineralogiji, pa tudi v kateri koli drugi znanosti, ki si zasluži izdelavo in karakterizacijo materiala.

Strjevanje in tališče

Teoretično mora biti Tc enaka temperaturi ali tališču (Tf). Vendar to ne velja vedno za vse snovi. Glavni razlog je v tem, ker je na prvi pogled trdne molekule lažje zmešati, kot pa jih naročiti tekoče.

Zato je v praksi prednostno uporabiti Tf za kvalitativno merjenje čistosti spojine. Na primer, če ima spojina X veliko nečistoč, bo njen Tf bolj oddaljen od čistega X v primerjavi s tistim z večjo čistostjo.

Molekularno urejanje

Kot že rečeno, strjevanje poteka do kristalizacije. Nekatere snovi zaradi narave svojih molekul in medsebojnega delovanja potrebujejo zelo nizke temperature in visoke pritiske, da se lahko strdijo.

Na primer, tekoči dušik dobimo pri temperaturah pod -196 ° C. Če ga strdi, bi bilo potrebno, da se nadalje ohladi, ali povečati pritisk na njej, s čimer prisili N ₂ molekuli združiti ustvariti kristalizacijska jedra.

Enako velja za druge pline: kisik, argon, fluor, neon, helij; najbolj skrajno pa je vodik, čigar trdna faza je zaradi svojih lastnosti brez primere pritegnila veliko zanimanja.

Po drugi strani je najbolj znan primer suh led, ki ni nič drugega kot CO _2, katerega bele hlape nastanejo zaradi njegove sublimacije pri atmosferskem tlaku. Te so bile uporabljene za poustvarjanje megle na odru.

Za strjevanje spojine ni odvisen samo od Tc, ampak tudi od tlaka in drugih spremenljivk. Manjše ko so molekule (H ₂ ) in šibkejše so njihove interakcije, težje jih bo spraviti v trdno stanje.

Prehlajevanje

Tekočina, ne glede na to, ali gre za snov ali zmes, bo pri temperaturi strjevanja začela zmrzovati pri temperaturi. Vendar lahko pod določenimi pogoji (kot so visoka čistost, počasen čas hlajenja ali zelo energijsko okolje) tekočina prenaša nižje temperature brez zmrzovanja. Temu pravimo prehlajenje.

Absolutne razlage pojava še vedno ni, toda teorija podpira, da vse tiste spremenljivke, ki preprečujejo rast kristalizacijskih jeder, spodbujajo prekomerno hlajenje.

Zakaj? Ker iz jeder nastanejo veliki kristali po dodajanju molekul iz okolice. Če je ta postopek omejen, tudi če je temperatura pod Tc, bo tekočina ostala nespremenjena, kot se zgodi z drobnimi kapljicami, ki sestavljajo in na nebu vidijo oblake.

Vse prehlajene tekočine so metastabilne, torej so dovzetne za najmanjše zunanje motnje. Če jim na primer dodate majhen košček ledu ali jih malce pretresite, bodo takoj zamrznili, kar je izvedljiv zabaven in enostaven eksperiment.

Primeri strjevanja

-Čeprav sama po sebi ni trdna snov, je želatina primer postopka strjevanja s hlajenjem.

-Trgano steklo se uporablja za ustvarjanje in oblikovanje številnih predmetov, ki po ohlajanju ohranijo svoje končno določene oblike.

-Pri tem, ko je mehurček ob stiku s snegom zmrznil, lahko steklenica s sodo opravi isti postopek; in če ga prehladimo, bo njegovo zmrzovanje takoj.

Ko se iz vulkanov, ki pokrivajo njihove robove ali zemeljsko površje, pojavi lava, se ob izgubi temperature strdi, dokler ne postane magnetna kamnina.

-Jaje in kolači se strdijo s povečanjem temperature. Prav tako to počne tudi nosna sluznica, vendar zaradi dehidracije. Drug primer lahko najdemo tudi v barvi ali lepilih.

Vendar je treba opozoriti, da strjevanje v zadnjih primerih ne nastane kot produkt hlajenja. Zato dejstvo, da se tekočina strdi, ne pomeni nujno, da zmrzne (ne zniža občutno temperature); ko pa tekočina zamrzne, se na koncu strdi.

Drugi:

- Pretvorba vode v led: to se zgodi pri 0 ° C, pri čemer nastanejo ledene, snežne ali ledeniške kocke.

- Vosek za svečo, ki se topi ob plamenu in se ponovno strdi.

- Zamrzovanje hrane za njeno konzerviranje: v tem primeru se molekule vode zamrznejo v celicah mesa ali zelenjave.

- Pihanje stekla: topi se, da dobi obliko in se potem strdi.

- Proizvodnja sladoleda: na splošno so mlečni, ki se strdijo.

- pri pridobivanju karamele, ki je stopljen in strjen sladkor.

- Maslo in margarina sta maščobni kislini v trdnem stanju.

- Metalurgija: pri proizvodnji ingotov ali tramov ali struktur iz nekaterih kovin.

- Cement je mešanica apnenca in gline, ki se v mešanici z vodo strdi.

- Pri proizvodnji čokolade kakavov prah zmešamo z vodo in mlekom, ki se ob sušenju strdi.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 448, 467.
2. Wikipedija. (2018). Zamrzovanje. Izvedeno iz: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16. maj 2008). Strjevanje. . Vzeto iz: infohost.nmt.edu/
4. Fuzija in strjevanje. Vzeto iz: juntadeandalucia.es
5. Dr Carter. Strjevanje taline. Izvedeno iz: itc.gsw.edu/
6. Eksperimentalna razlaga prehlajevanja: zakaj voda ne zmrzne v oblakih. Izvedeno iz: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22. junij 2018). Opredelitev in primeri strjevanja. Vzeto iz: thinkco.com