Det størkning er den ændring, som en væske gennemgår, når den 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. Imidlertid består størkning faktisk af en række trin, der forekommer på mikroskopiske skalaer..
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 størkne? Den der er i direkte kontakt med sneen. Sneen fungerer som en støtte, hvorpå boblens molekyler kan placeres..
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 kan forekomme, er det nødvendigt, at væskepartiklerne kan arrangeres på en sådan måde, at de interagerer med hinanden. Disse interaktioner bliver stærkere, når temperaturen falder, hvilket påvirker den molekylære kinetik; de sænker farten og bliver en del af krystallen.
Denne proces er kendt som krystallisation, og tilstedeværelsen af en kerne (små partikelfilter) og en understøtning fremskynder denne proces. Når væsken har krystalliseret, siges den derefter at være størknet eller frossen.
Artikelindeks
Ikke alle stoffer størkner ved samme temperatur (eller under samme behandling). Nogle "fryser" endda over stuetemperatur, som med højtsmeltende faste stoffer. Dette afhænger af typen af partikler, der udgør det faste eller flydende..
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 volumenet af beholderen, der indeholder den.
Det faste stof kræver termisk energi for at passere til væskefasen; med andre ord, det har brug for varme. Varmen opnås fra omgivelserne, og den mindste mængde, den absorberer for at generere den første dråbe væske, er kendt som den latente fusionsvarme (ΔHf)..
På den anden side skal væsken frigive varme til omgivelserne for at ordne dens molekyler og krystallisere til den faste fase. Den frigivne varme er derefter den latente størkning eller frysning (ΔHc). Både ΔHf og ΔHc er ens i størrelse, men med modsatte retninger; det første har et positivt tegn, og det andet et negativt tegn.
På et bestemt tidspunkt begynder væsken at fryse, og termometeret læser en temperatur T. Så længe den ikke er størknet, forbliver T konstant. Da ΔHc har et negativt tegn, består det af en eksoterm proces, der frigiver varme.
Derfor vil termometeret aflæse varmen, som væsken afgiver under sin faseændring, hvilket modvirker det pålagte temperaturfald. For eksempel, hvis beholderen, der indeholder væsken, sættes i et isbad. Således falder T ikke, før størkning er fuldstændig..
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 kunne afkøle eller størkne.
I tilfælde af vand er ΔHc for eksempel lig med 6,02 kJ / mol. Det vil sige, 1 mol rent vand skal frigøre 6,02 kJ varme for at fryse, og denne varme holder temperaturen konstant i processen. Tilsvarende skal 1 mol is absorbere 6,02 kJ varme for at smelte..
Den nøjagtige temperatur, hvor processen finder sted, er kendt som størkningspunktet (Tc). Dette varierer i alle stoffer afhængigt af hvor stærk deres intermolekylære interaktioner er i det faste stof..
Renhed er også en vigtig variabel, da et urent fast stof ikke størkner ved samme temperatur som et rent. Ovenstående er kendt som frysepunktsfald. For at sammenligne størkningspunkterne for et stof er det nødvendigt at bruge den, der er så ren som muligt.
Det samme kan dog ikke anvendes til løsninger, som det er tilfældet med metallegeringer. For at sammenligne deres størkningspunkter skal blandinger med de samme masseforhold overvejes; det vil sige med identiske koncentrationer af dets komponenter.
Bestemmelsen er, at størkningspunktet er af stor videnskabelig og teknologisk interesse med hensyn til legeringer og andre varianter af materialer. Dette skyldes, at ved at kontrollere tiden, og hvordan de afkøles, kan nogle ønskelige fysiske egenskaber opnås, eller de, der er upassende til en bestemt anvendelse, kan undgås..
Af denne grund er forståelsen og studiet af dette koncept af stor betydning i metallurgi og mineralogi såvel som i enhver anden videnskab, der fortjener at fremstille og karakterisere et materiale..
Teoretisk skal Tc være lig med temperaturen eller smeltepunktet (Tf). Dette gælder dog ikke altid for alle stoffer. Hovedårsagen er, at det ved første øjekast er lettere at ødelægge faststoffets molekyler end at bestille væskens molekyler..
Derfor foretrækkes det i praksis at anvende Tf til kvalitativ måling af en forbindelses renhed. For eksempel, hvis en forbindelse X har mange urenheder, vil dens Tf være mere fjernt fra den for ren X sammenlignet med en anden med højere renhed..
Som hidtil er blevet sagt fortsætter størkning til krystallisation. Nogle stoffer, givet arten af deres molekyler og deres interaktioner, kræver meget lave temperaturer og høje tryk for at størkne..
F.eks. Opnås flydende nitrogen ved temperaturer under -196 ° C. For at størkne det ville det være nødvendigt at afkøle det endnu mere eller øge trykket på det og dermed tvinge N-molekylerneto at blive grupperet sammen for at skabe krystalkerner.
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 stor interesse for dets mulige hidtil usete egenskaber.
På den anden side er den mest kendte sag tøris, hvilket ikke er mere end COto hvis hvide dampe skyldes sublimering til atmosfærisk tryk. Disse er blevet brugt til at genskabe dis på scenen..
For at en forbindelse stivner, afhænger den ikke kun af Tc, men også af tryk og andre variabler. Jo mindre molekylerne (Hto) og jo svagere deres interaktioner er, jo sværere bliver det at få dem til at gå til fast tilstand.
Væsken, uanset om det er et stof eller en blanding, begynder 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 på fænomenet, men teorien understøtter, at alle de variabler, der forhindrer væksten af krystallisationskerne fremmer superkøling..
Hvorfor? Fordi 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 gør skyer synlige på himlen..
Alle superkølede væsker er metastabile, dvs. de er modtagelige for den mindste eksterne forstyrrelse. For eksempel, hvis et lille stykke is tilsættes dem eller rystes lidt, fryser de øjeblikkeligt, hvilket er et sjovt og let eksperiment at udføre..
-Selvom det ikke er et fast stof i sig selv, er gelatine et eksempel på en størkningsproces ved afkøling.
-Smeltet glas bruges til at skabe og designe mange objekter, som efter afkøling bevarer deres endelige definerede former.
-Ligesom boblen frøs ved kontakt med sne, kan en sodaflaske gennemgå den samme proces; og hvis den er superkølet, vil dens frysning være øjeblikkelig.
-Når lava kommer ud af vulkaner, der dækker deres kanter eller jordoverfladen, størkner den, når den mister temperaturen, indtil den bliver magtfuld klippe.
-Æg og kager størkner 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 størkner, ikke nødvendigvis, at den fryser (den reducerer ikke temperaturen mærkbart); men når en væske fryser, ender den med at størkne.
Andre:
- Omdannelsen af vand til is: dette sker ved 0 ° C og producerer is, sne eller glaciale terninger.
- Stearinvoks, der smelter med flammen og størkner igen.
- Frysning af mad til konservering: I dette tilfælde fryses vandmolekylerne i cellerne i kød eller grøntsager..
- Glasblæsning: dette smeltes til form og størkner derefter.
- Fremstilling af is: de er normalt mejeriprodukter, der størkner.
- Ved opnåelse af karamel, som er smeltet og størknet sukker.
- Smør og margarine er fedtsyrer i fast tilstand.
- Metallurgi: til fremstilling af ingots eller bjælker eller strukturer af visse metaller.
- Cement er en blanding af kalksten og ler, der, når den blandes med vand, har egenskaben hærdning.
- Ved fremstilling af chokolade blandes kakaopulver med vand og mælk, som når det tørres, størkner.
Endnu ingen kommentarer