STØRKNING: STØRKNINGSPUNKT OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den størkning er en væske som undergår ændring, når det passerer til den faste fase. Væsken kan være et rent stof eller en blanding. Ligeledes kan ændringen skyldes et fald i temperaturen eller som et resultat af en kemisk reaktion.

Hvordan kan dette fænomen forklares? Visuelt begynder væsken at blive forstenet eller hærdet, til det punkt, at den holder op med at flyde frit. Dog størkning består faktisk af en række trin, der forekommer på mikroskopiske skalaer.

Kilde: Pixabay

Et eksempel på størkning er en flydende boble, der fryser. På billedet ovenfor kan du se, hvordan en boble fryser ved kontakt med sne. Hvad er den del af boblen, der begynder at stivne? Den der er i direkte kontakt med sneen. Sneen fungerer som en understøtning, som molekylerne i boblen kan sætte sig på.

Størkning udløses hurtigt fra bunden af ​​boblen. Dette kan ses i de "glaserede fyrretræer", der strækker sig til at dække hele overfladen. Disse fyrretræer afspejler væksten af ​​krystaller, som ikke er andet end ordnede og symmetriske arrangementer af molekyler.

For at størkning skal finde sted er det nødvendigt, at væskens partikler kan arrangeres på en sådan måde, at de interagerer med hinanden. Disse interaktioner bliver stærkere, når temperaturen falder, hvilket påvirker molekylær kinetikken; det vil sige, de bremser ned og bliver en del af krystallen.

Denne proces er kendt som krystallisation, og tilstedeværelsen af ​​en kerne (små aggregater af partikler) og en understøtning accelererer denne proces. Når væsken først er krystalliseret siges den derefter at have størknet eller frosset.

Stivelses entalpi

Ikke alle stoffer størkner ved den samme temperatur (eller under samme behandling). Nogle ”fryser” endda over stuetemperatur, såsom højsmeltende faste stoffer. Dette afhænger af typen af ​​partikler, der udgør det faste stof eller væsken.

I det faste stof interagerer de stærkt og forbliver vibrerende i faste positioner i rummet, uden bevægelsesfrihed og med et defineret volumen, mens de i væsken har evnen til at bevæge sig som adskillige lag, der bevæger sig over hinanden og optager volumen af beholder, der indeholder den.

Det faste stof kræver termisk energi for at passere til væskefasen; med andre ord, det har brug for varme. Det får varme fra omgivelserne, og den mindste mængde, den absorberer for at generere den første dråbe væske, kaldes latent fusionsvarme (ΔHf).

På den anden side skal væsken frigive varme til dets omgivelser for at bestille dens molekyler og krystallisere til den faste fase. Den frigjorte varme er derefter den latente varme til størkning eller frysning (ΔHc). Både ΔHf og ΔHc er lige store i størrelse men med modsatte retninger; den første har et positivt tegn, og det andet et negativt tegn.

Hvorfor forbliver temperaturen konstant ved størkning?

På et bestemt tidspunkt begynder væsken at fryse, og termometeret aflæser en temperatur T. Så længe væsken ikke er størknet, forbliver T konstant. Da ΔHc har et negativt tegn, består det af en eksoterm process, der frigiver varme.

Derfor aflæser termometeret varmen, som væsken afgiver under dens faseændring, og modvirker det pålagte temperaturfald. For eksempel, hvis beholderen, der indeholder væsken, anbringes i et isbad. T falder således ikke, før størkningen er fuldstændig afsluttet.

Hvilke enheder ledsager disse varmemålinger? Normalt kJ / mol eller J / g. Disse fortolkes som følger: kJ eller J er den mængde varme, der kræves af 1 mol væske eller 1 g for at være i stand til at afkøle eller størkne.

For vand er for eksempel ΔHc lig med 6,02 kJ / mol. Det vil sige, at 1 mol rent vand skal afgive 6,02 kJ varme for at fryse, og denne varme er det, der holder temperaturen konstant i processen. Tilsvarende skal 1 mol is absorbere 6,02 kJ varme for at smelte.

Størkningspunkt

Den nøjagtige temperatur, hvor processen finder sted, er kendt som størkningspunktet (Tc). Dette varierer i alle stoffer afhængigt af hvor stærk deres intermolekylære interaktion er i det faste stof.

Renhed er også en vigtig variabel, da et uren fast stof ikke størkner ved den samme temperatur som en ren. Dette kaldes sænkning af frysepunktet. For at sammenligne størkningspunkter for et stof er det nødvendigt at bruge som reference det, der er så rent som muligt.

Det samme kan imidlertid ikke anvendes til opløsninger, som for metallegeringer. For at sammenligne deres størkningspunkter skal blandinger med lige masseproportioner overvejes; det vil sige med identiske koncentrationer af dets komponenter.

Bestemmelsespunktet er bestemt af stor videnskabelig og teknologisk interesse med hensyn til legeringer og andre materialesorter. Dette skyldes, at man ved at kontrollere tiden og hvordan de afkøles kan opnå nogle ønskelige fysiske egenskaber, eller at de, der er uhensigtsmæssige til en given anvendelse, kan undgås.

Af denne grund er forståelsen og studiet af dette koncept af stor betydning inden for metallurgi og mineralogi såvel som i enhver anden videnskab, der fortjener at fremstille og karakterisere et materiale.

Størkning og smeltepunkt

Teoretisk bør Tc være lig temperaturen eller smeltepunktet (Tf). Dette er dog ikke altid tilfældet for alle stoffer. Hovedårsagen er, at det ved første øjekast er lettere at rodde fast de faste molekyler end at bestille de flydende.

Derfor foretrækkes det i praksis at anvende Tf til kvalitativt at måle en forbindelses renhed. For eksempel, hvis en forbindelse X har mange urenheder, vil dens Tf være mere fjern fra den for ren X sammenlignet med en med højere renhed.

Molekylær ordre

Som hidtil er sagt fortsætter størkningen til krystallisation. Nogle stoffer, i betragtning af arten af ​​deres molekyler og deres interaktion, kræver meget lave temperaturer og høje tryk for at kunne størkne.

For eksempel opnås flydende nitrogen ved temperaturer under -196 ° C. At størkne det, ville det være nødvendigt at afkøle den yderligere, eller øge trykket på det, og dermed tvinge de N ₂ molekyler til at gå sammen for at skabe kerner af krystallisation.

Det samme kan overvejes for andre gasser: ilt, argon, fluor, neon, helium; og for det mest ekstreme af alt, brint, hvis faste fase har tiltrukket sig stor interesse for sine mulige hidtil usete egenskaber.

På den anden side er det bedst kendte tilfælde tøris, som ikke er andet end CO _2, hvis hvide dampe skyldes dens sublimering ved atmosfærisk tryk. Disse er blevet brugt til at genskabe dis på scenen.

For en forbindelse til størkning afhænger det ikke kun af Tc, men også af tryk og andre variabler. De mindre molekylerne (H ₂) og de svagere deres interaktion, jo vanskeligere bliver det at få dem til fast tilstand.

underafkøling

Væsken, hvad enten det er et stof eller en blanding, vil begynde at fryse ved temperaturen ved størkningspunktet. Under visse betingelser (såsom høj renhed, langsom afkølingstid eller et meget energisk miljø) kan væsken dog tolerere lavere temperaturer uden at fryse. Dette kaldes superkøling.

Der er stadig ingen absolut forklaring af fænomenet, men teorien understøtter, at alle de variabler, der forhindrer vækst af krystallisationskerner, fremmer superafkøling.

Hvorfor? Fordi der fra kernerne dannes store krystaller efter tilsætning af molekyler fra omgivelserne til dem. Hvis denne proces er begrænset, selvom temperaturen er under Tc, forbliver væsken uændret, som det sker med de små dråber, der udgør og synliggør skyer på himlen.

Alle superkølede væsker er metastabile, det vil sige de er modtagelige for den mindste ydre forstyrrelse. Hvis du f.eks. Tilføjer et lille stykke is til dem eller ryster dem lidt, fryses de øjeblikkeligt, hvilket er et sjovt og let eksperiment at udføre.

Eksempler på størkning

-Selv om det ikke er et fast stof i sig selv, gelatine er et eksempel på en størkningsproces ved afkøling.

-Fusioneret glas bruges til at skabe og designe mange objekter, der efter afkøling bevarer deres endelige definerede former.

- Bare når boblen frøs ved kontakt med sne, kan en sodaflaske gennemgå den samme proces; og hvis den er superkølet, vil dens frysning være øjeblikkelig.

-Når lavaen springer ud af vulkanerne, der dækker deres kanter eller jordoverfladen, størkner den, når den mister temperaturen, indtil den bliver stødende klipper.

-Eg og kager stivner med en stigning i temperaturen. Ligeledes gør næseslimhinden det, men på grund af dehydrering. Et andet eksempel kan også findes i maling eller lim.

Det skal dog bemærkes, at størkning ikke forekommer i sidstnævnte tilfælde som et produkt af køling. Derfor betyder det faktum, at en væske stivner ikke nødvendigvis, at den fryser (den reducerer ikke dens temperatur mærkbart); men når en væske fryser, ender den med at størkne.

Andre:

- Konvertering af vand til is: dette sker ved 0 ° C og producerer is, sne eller isterninger.

- Lysvokset, der smelter med flammen og størkner igen.

- Frysning af mad til konservering: i dette tilfælde fryses vandmolekylerne inde i cellerne i kød eller grøntsager.

- Glasblæsning: dette smelter for at give det form og størkner derefter.

- Fremstilling af is: det er generelt mejeri, der størkner.

- Ved at få karamel, som er smeltet og størknet sukker.

- Smør og margarine er fedtsyrer i fast tilstand.

- Metallurgi: til fremstilling af blokke eller bjælker eller strukturer af visse metaller.

- Cement er en blanding af kalksten og ler, der, når den blandes med vand, har egenskaben med at hærde.

- Ved fremstilling af chokolade blandes kakaopulver med vand og mælk, som, når det tørres, størkner.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Fryser. Taget fra: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16. maj 2008). Solidificeringsprocesser.. Taget fra: infohost.nmt.edu/
4. Fusion og størkning. Taget fra: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Stivelse af en smelte. Taget fra: itc.gsw.edu/
6. Eksperimentel forklaring af superkøling: hvorfor vand ikke fryser i skyerne. Taget fra: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (22. juni 2018). Stivelsesdefinition og eksempler. Taget fra: thoughtco.com