STØRKNING: STØRKNINGSPUNKT OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den størkning er en væske som undergår forandring når det passerer til den faste fase. Væsken kan være et rent stoff eller en blanding. På samme måte kan endringen skyldes et fall i temperaturen eller som et resultat av en kjemisk reaksjon.

Hvordan kan dette fenomenet forklares? Visuelt begynner væsken å bli forsteinet eller herdet, til et punkt at den slutter å renne fritt. Imidlertid består størkningen faktisk av en serie trinn som skjer på mikroskopiske skalaer.

Kilde: Pixabay

Et eksempel på størkning er en flytende boble som fryser. På bildet over kan du se hvordan en boble fryser ved kontakt med snø. Hva er den delen av boblen som begynner å stivne? Den som er i direkte kontakt med snøen. Snøen fungerer som en støtte som molekylene i boblen kan sette seg på.

Størkning utløses raskt fra bunnen av boblen. Dette kan sees i "glaserte furu" som strekker seg for å dekke hele overflaten. Disse furene reflekterer veksten av krystaller, som ikke er mer enn ordnede og symmetriske arrangementer av molekyler.

For at størkning skal skje er det nødvendig at væskepartiklene kan anordnes på en slik måte at de samvirker med hverandre. Disse interaksjonene blir sterkere når temperaturen synker, noe som påvirker molekylkinetikken; det vil si at de bremser ned og blir en del av krystallen.

Denne prosessen er kjent som krystallisering, og tilstedeværelsen av en kjerne (små aggregater av partikler) og en bærer akselererer denne prosessen. Når væsken har krystallisert, sies den å ha stivnet eller frosset.

Stivelses entalpi

Ikke alle stoffene størkner ved samme temperatur (eller under samme behandling). Noen "fryser" til og med over romtemperatur, for eksempel høyt smeltende faststoff. Dette avhenger av typen partikler som utgjør det faste stoffet eller væsken.

I det faste stoffet samhandler de sterkt og forblir vibrerende i faste posisjoner i rommet, uten bevegelsesfrihet og med et definert volum, mens de i væsken har muligheten til å bevege seg som mange lag som beveger seg over hverandre og opptar volumet til beholder som inneholder den.

Det faste stoffet krever termisk energi for å passere til væskefasen; med andre ord, den trenger varme. Den får varme fra omgivelsene, og den minste mengden den tar opp for å generere den første dråpen med væske er kjent som latent fusjonsvarme (ΔHf).

På den annen side må væsken frigjøre varme til omgivelsene for å bestille dens molekyler og krystallisere inn i den faste fase. Varmen som frigjøres er deretter den latente varmen til størkning eller frysing (ΔHc). Både ΔHf og ΔHc er like store i størrelse, men med motsatte retninger; den første har et positivt tegn, og det andre et negativt tegn.

Hvorfor holder temperaturen konstant i størkningen?

På et bestemt tidspunkt begynner væsken å fryse, og termometeret leser en temperatur T. Så lenge væsken ikke har stivnet fullstendig, forblir T konstant. Siden ΔHc har et negativt tegn, består det av en eksoterm prosess som frigjør varme.

Derfor vil termometeret lese av varmen som avgis av væsken under dens faseendring, motvirke det pålagte temperaturfallet. Hvis for eksempel beholderen som inneholder væsken settes i et isbad. Dermed reduseres ikke T før størkningen er fullstendig fullført.

Hvilke enheter følger med disse varmemålingene? Vanligvis kJ / mol eller J / g. Disse tolkes som følger: kJ eller J er den mengde varme som kreves av 1 mol væske eller 1 g for å kunne avkjøles eller stivne.

For vann, for eksempel, er ΔHc lik 6,02 kJ / mol. Det vil si at 1 mol rent vann trenger å avgi 6,02 kJ varme for å fryse, og denne varmen er det som holder temperaturen konstant i prosessen. Tilsvarende trenger 1 mol is å absorbere 6,02 kJ varme for å smelte.

Stollingspunkt

Den nøyaktige temperaturen der prosessen skjer er kjent som størkningspunktet (Tc). Dette varierer i alle stoffer, avhengig av hvor sterk deres intermolekylære interaksjoner er i det faste stoffet.

Renhet er også en viktig variabel, siden et urent faststoff ikke størkner ved samme temperatur som et rent. Dette er kjent som å senke frysepunktet. For å sammenligne størkningspunktene for et stoff er det nødvendig å bruke som referanse det som er så rent som mulig.

Det samme kan imidlertid ikke brukes på løsninger, som for metalllegeringer. For å sammenligne deres størkningspunkter, må blandinger med samme masseproporsjoner vurderes; det vil si med identiske konsentrasjoner av komponentene.

Visstnok er størkningspunktet av stor vitenskapelig og teknologisk interesse med hensyn til legeringer og andre varianter av materialer. Dette er fordi man ved å kontrollere tiden og hvordan de blir avkjølt kan oppnå noen ønskelige fysiske egenskaper eller at de som er upassende for en gitt applikasjon kan unngås.

Av denne grunn er forståelsen og studien av dette konseptet av stor betydning i metallurgi og mineralogi, så vel som i all annen vitenskap som fortjener å produsere og karakterisere et materiale.

Størkning og smeltepunkt

Teoretisk sett skal Tc være lik temperaturen eller smeltepunktet (Tf). Dette er imidlertid ikke alltid sant for alle stoffer. Hovedårsaken er fordi det ved første øyekast er lettere å rote bort de faste molekylene enn å bestille de flytende.

Det er derfor foretrukket i praksis å bruke Tf for å kvalitativt måle en forbindelses renhet. For eksempel, hvis en forbindelse X har mange urenheter, vil Tf-en være mer fjern fra den for ren X sammenlignet med en med høyere renhet.

Molekylær bestilling

Som det er blitt sagt så langt, fortsetter størkningen til krystallisering. Noen stoffer, gitt arten av molekylene og deres interaksjoner, krever veldig lave temperaturer og høyt trykk for å kunne stivne.

For eksempel oppnås flytende nitrogen ved temperaturer under -196 ° C. For å størkne det, vil det være nødvendig å avkjøle det ytterligere, eller øke trykket på det, og dermed tvinge N _2- molekylene til å klumpe seg sammen for å danne krystalliseringskjerner.

Det samme kan vurderes for andre gasser: oksygen, argon, fluor, neon, helium; og for det mest ekstreme av alt, hydrogen, hvis faste fase har vakt stor interesse for sine mulige enestående egenskaper.

På den annen side er det mest kjente tilfellet tørris, som ikke er mer enn CO _2, hvis hvite damper skyldes sublimering ved atmosfæretrykk. Disse har blitt brukt til å gjenskape dis på scenen.

For en forbindelse å stivne avhenger det ikke bare av Tc, men også av trykk og andre variabler. Jo mindre molekyler (H ₂ ) og jo svakere interaksjoner, desto vanskeligere vil det være å få dem til fast tilstand.

kjøling

Væsken, enten det er et stoff eller en blanding, vil begynne å fryse ved temperaturen ved størkningspunktet. Under visse forhold (som høy renhet, langsom avkjølingstid eller et veldig energisk miljø) tåler imidlertid væsken lavere temperaturer uten å fryse. Dette kalles superkjøling.

Det er fortsatt ingen absolutt forklaring av fenomenet, men teorien støtter at alle de variablene som forhindrer vekst av krystalliseringskjerner fremmer superkjøling.

Hvorfor? Fordi fra kjernene dannes store krystaller etter tilsetning av molekyler fra omgivelsene til dem. Hvis denne prosessen er begrenset, selv om temperaturen er under Tc, vil væsken forbli uendret, som skjer med de små dråpene som utgjør og gjør skyer synlige på himmelen.

Alle superkjølte væsker er metastabile, det vil si at de er utsatt for den minste ytre forstyrrelse. Hvis du for eksempel legger et lite stykke is til dem, eller rister dem litt, fryser de øyeblikkelig, noe som er et morsomt og enkelt eksperiment å utføre.

Eksempler på størkning

-Selv om det ikke er et fast stoff i seg selv, er gelatin et eksempel på en størkningsprosess ved avkjøling.

-Melt glass brukes til å lage og designe mange gjenstander, som etter avkjøling beholder de endelige definerte formene.

-Bare når boblen frøs ved kontakt med snø, kan en brusflaske gjennomgå den samme prosessen; og hvis den er superkjølt, vil dens frysing være øyeblikkelig.

-Når lavaen kommer ut fra vulkanene som dekker kantene eller jordoverflaten, stivner den når den mister temperaturen, til den blir stollete bergarter.

-Egger og kaker stivner med økning i temperatur. På samme måte gjør neseslimhinnen det, men på grunn av dehydrering. Et annet eksempel kan også finnes i maling eller lim.

Det skal imidlertid bemerkes at størkning ikke forekommer i de sistnevnte tilfeller som et produkt av kjøling. Derfor betyr det at en væske stivner ikke nødvendigvis at den fryser (den reduserer ikke temperaturen nevneverdig); men når en væske fryser, ender den med å stivne.

andre:

- Konvertering av vann til is: dette skjer ved 0 ° C og produserer is, snø eller isbiter.

- Lysvoksen som smelter med flammen og stivner igjen.

- Frysing av mat for konservering: i dette tilfellet fryses vannmolekylene i cellene i kjøtt eller grønnsaker.

- Glassblåsing: dette smelter for å gi det form og stivner deretter.

- Fremstilling av iskrem: de er generelt meieri som stivner.

- Ved å skaffe karamell, som er smeltet og størknet sukker.

- Smør og margarin er fettsyrer i fast tilstand.

- Metallurgi: ved fremstilling av barrer eller bjelker eller strukturer av visse metaller.

- Sement er en blanding av kalkstein og leire som, når den blandes med vann, har egenskapen å herde.

- Ved fremstilling av sjokolade blandes kakaopulver med vann og melk, som når den tørkes, stivner.

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Frysing. Hentet fra: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16. mai 2008). Størkning. . Hentet fra: infohost.nmt.edu/
4. Fusjon og størkning. Hentet fra: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Stivelse av en smelte. Hentet fra: itc.gsw.edu/
6. Eksperimentell forklaring på superkjøling: hvorfor fryser ikke vann i skyene. Hentet fra: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). Solidisasjonsdefinisjon og eksempler. Hentet fra: thoughtco.com