CIETINĀŠANA: SACIETĒŠANAS PUNKTS UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2026

Sacietēšanas ir šķidrums, kas tiek veiktas izmaiņas, ja tā iet pie cietās fāzes. Šķidrums var būt tīra viela vai maisījums. Tāpat izmaiņas var notikt temperatūras pazemināšanās vai ķīmiskas reakcijas rezultātā.

Kā šo parādību var izskaidrot? Vizuāli šķidrums sāk pārakmeņoties vai sacietēt līdz vietai, kurā tas pārstāj brīvi plūst. Tomēr sacietēšana faktiski sastāv no virknes darbību, kas notiek mikroskopiskos mērogos.

Avots: Pixabay

Sacietēšanas piemērs ir šķidruma burbulis, kas sasalst. Iepriekš redzamajā attēlā varat redzēt, kā burbulis sasalst saskarē ar sniegu. Kāda ir tā burbuļa daļa, kas sāk sacietēt? Tas, kas ir tiešā saskarē ar sniegu. Sniegs darbojas kā balsts, uz kura var nokārtoties burbuļa molekulas.

No burbuļa apakšas ātri tiek sākta sacietēšana. To var redzēt "stiklotās priedēs", kas stiepjas, lai aptvertu visu virsmu. Šīs priedes atspoguļo kristālu augšanu, kas nav nekas cits kā sakārtots un simetrisks molekulu izvietojums.

Lai notiktu sacietēšana, šķidruma daļiņas ir jāizvieto tā, lai tās savstarpēji mijiedarbotos. Šīs mijiedarbības kļūst spēcīgākas, pazeminoties temperatūrai, kas ietekmē molekulāro kinētiku; tas ir, tie palēninās un kļūst par kristāla daļu.

Šo procesu sauc par kristalizāciju, un kodola (mazu daļiņu agregātu) un balsta klātbūtne paātrina šo procesu. Kad šķidrums ir izkristalizējies, pēc tam tiek sacīts, ka tas ir sacietējis vai sasaldēts.

Cietināšanas entalpija

Ne visas vielas sacietē vienā temperatūrā (vai vienā un tajā pašā apstrādē). Daži pat "sasalst" virs istabas temperatūras, piemēram, cietvielas ar augstu kušanas temperatūru. Tas ir atkarīgs no daļiņu veida, kas veido cietu vai šķidru.

Cietā stāvoklī tie spēcīgi mijiedarbojas un paliek vibrējoši fiksētās pozīcijās telpā, bez kustības brīvības un ar noteiktu tilpumu, kamēr šķidrumā tie spēj pārvietoties kā neskaitāmi slāņi, kas pārvietojas viens otram, aizņemot tilpumu. konteiners, kas to satur.

Cietajai vielai nepieciešama siltumenerģija, lai pārietu uz šķidro fāzi; citiem vārdiem sakot, tai ir nepieciešams siltums. Tas saņem siltumu no apkārtnes, un mazākais daudzums, ko tas absorbē, lai iegūtu pirmo šķidruma pilienu, ir pazīstams kā latentais saplūšanas siltums (ΔHf).

No otras puses, šķidrumam ir jāizvada siltums apkārtnei, lai pasūtītu molekulas un izkristalizētos cietā fāzē. Tad izdalītais siltums ir latentais sacietēšanas vai sasalšanas siltums (ΔHc). Gan ΔHf, gan ΔHc ir vienādi pēc lieluma, bet ar pretējiem virzieniem; pirmajai ir pozitīva zīme, bet otrajai - negatīva zīme.

Kāpēc cietināšanas laikā temperatūra paliek nemainīga?

Noteiktā brīdī šķidrums sāk sasalst, un termometrs nolasa temperatūru T. Kamēr šķidrums nav pilnībā sacietējis, T paliek nemainīgs. Tā kā ΔHc ir negatīva zīme, tas sastāv no eksotermiska procesa, kas izdala siltumu.

Tāpēc termometrs nolasīs siltumu, ko šķidrums izdalīja tā fāzes maiņas laikā, neitralizējot noteikto temperatūras kritumu. Piemēram, ja trauku, kas satur šķidrumu, ievieto ledus vannā. Tādējādi T nesamazinās, kamēr sacietēšana nav pilnībā pabeigta.

Kādas vienības pavada šos siltuma mērījumus? Parasti kJ / mol vai J / g. Tos interpretē šādi: kJ vai J ir siltuma daudzums, kas nepieciešams 1 mol šķidruma vai 1 g, lai varētu atdzist vai sacietēt.

Piemēram, ūdens gadījumā ΔHc ir vienāds ar 6,02 kJ / mol. Tas ir, 1 mol tīra ūdens ir nepieciešams izdalīt 6,02 kJ siltuma, lai sasaltu, un tas ir tas, kas uztur temperatūru nemainīgu procesa laikā. Līdzīgi 1 mol ledus, lai izkausētu, ir jāabsorbē 6,02 kJ siltuma.

Cietināšanas punkts

Precīza temperatūra, kurā notiek process, ir pazīstama kā sacietēšanas punkts (Tc). Tas atšķiras visās vielās atkarībā no tā, cik spēcīga ir to starpmolekulārā mijiedarbība.

Tīrība ir arī svarīgs mainīgais, jo tīra cieta viela nesadalās tajā pašā temperatūrā kā tīra. To sauc par sasalšanas punkta pazemināšanu. Lai salīdzinātu vielas sacietēšanas punktus, par atsauci ir jāizmanto pēc iespējas tīrāka viela.

Tomēr to pašu nevar attiecināt uz risinājumiem, kā tas ir metāla sakausējumu gadījumā. Lai salīdzinātu to sacietēšanas punktus, jāapsver maisījumi ar vienādu masas proporciju. tas ir, ar identiskām tā sastāvdaļu koncentrācijām.

Noteikti sacietēšanas punktam ir liela zinātniska un tehnoloģiska interese par sakausējumiem un citiem materiālu veidiem. Tas ir tāpēc, ka, kontrolējot laiku un to, kā tie tiek atdzesēti, var iegūt dažas vēlamas fizikālās īpašības vai arī var izvairīties no tām, kas nav piemērotas konkrētam pielietojumam.

Šī iemesla dēļ šī jēdziena izpratnei un izpētei ir liela nozīme metalurģijā un mineraloģijā, kā arī visās citās zinātnēs, kuras ir pelnījušas materiāla ražošanu un raksturošanu.

Sacietēšana un kušanas temperatūra

Teorētiski Tc jābūt vienādam ar temperatūru vai kušanas punktu (Tf). Tomēr tas ne vienmēr attiecas uz visām vielām. Galvenais iemesls ir tāpēc, ka no pirmā acu uzmetiena ir vieglāk sajaukt cietās molekulas nekā pasūtīt šķidrās.

Tāpēc praksē ir vēlams izmantot Tf, lai kvalitatīvi izmērītu savienojuma tīrību. Piemēram, ja savienojumam X ir daudz piemaisījumu, tad tā Tf būs attālāks no tīra X, salīdzinot ar tādu, kam ir augstāka tīrība.

Molekulārā pasūtīšana

Kā līdz šim tika sacīts, sacietēšana notiek kristalizācijā. Dažām vielām, ņemot vērā to molekulu raksturu un mijiedarbību, ir nepieciešama ļoti zema temperatūra un augsts spiediens, lai tās varētu sacietēt.

Piemēram, šķidro slāpekli iegūst temperatūrā zem -196ºC. Lai to sacietētu, būtu nepieciešams to vēl atdzesēt vai palielināt spiedienu uz to, tādējādi liekot N ₂ molekulām sagrupēties, lai veidotos kristalizācijas kodoli.

To pašu var uzskatīt par citām gāzēm: skābekli, argonu, fluoru, neonu, hēliju; un, galējā gadījumā, ūdeņradis, kura cietā fāze ir izraisījusi lielu interesi par tā iespējamām vēl nepieredzētām īpašībām.

No otras puses, vispazīstamākais gadījums ir sausais ledus, kas nav nekas vairāk kā CO _2, kura baltie tvaiki rodas tā sublimācijas dēļ atmosfēras spiedienā. Tie ir izmantoti, lai atjaunotu dūmu uz skatuves.

Lai savienojums sacietētu, tas nav atkarīgs tikai no Tc, bet arī no spiediena un citiem mainīgiem lielumiem. Jo mazākas ir molekulas (H ₂ ) un jo vājāka ir to mijiedarbība, jo grūtāk būs tās nokļūt cietā stāvoklī.

Pārdzesēšana

Šķidrums, neatkarīgi no tā, vai tā ir viela vai maisījums, temperatūras apstākļos sacietēšanas vietā sāks sasalst. Tomēr noteiktos apstākļos (piemēram, ar augstu tīrības pakāpi, lēnu dzesēšanas laiku vai ļoti enerģētisku vidi) šķidrums var izturēt zemāku temperatūru bez sasalšanas. To sauc par superdzesēšanu.

Joprojām nav absolūta fenomena izskaidrojuma, taču teorija apstiprina, ka visi tie mainīgie, kas novērš kristalizācijas kodolu augšanu, veicina superdzesēšanu.

Kāpēc? Tā kā no kodoliem pēc apkārtnes molekulu pievienošanas tiem veidojas lieli kristāli. Ja šis process ir ierobežots, pat ja temperatūra ir zemāka par Tc, šķidrums paliks nemainīgs, kā tas notiek ar sīkiem pilieniem, kas veido un padara mākoņus redzamus debesīs.

Visi pārdzesētie šķidrumi ir metastabili, tas ir, tie ir jutīgi pret vismazākajiem ārējiem traucējumiem. Piemēram, ja jūs viņiem pievienojat nelielu ledus gabaliņu vai nedaudz pakratīsit, tie uzreiz sasalst, kas ir jautri un viegli izpildāms eksperiments.

Cietināšanas piemēri

-Lai arī pati par sevi nav cieta viela, želatīns ir sacietēšanas procesa piemērs, atdzesējot.

- Kausēto stiklu izmanto, lai izveidotu un noformētu daudzus objektus, kuri pēc atdzesēšanas saglabā galīgās noteiktās formas.

-Tieši tiklīdz burbulis sasalst saskarē ar sniegu, soda pudelē var iziet to pašu procesu; un, ja tas tiek atdzesēts, tā sasalšana notiek uzreiz.

-Kad lava rodas no vulkāniem, kas pārklāj to malas vai zemes virsmu, tā sacietē, kad tā zaudē temperatūru, līdz kļūst par nezināmiem iežiem.

-Augļi un kūkas sacietē, paaugstinoties temperatūrai. Tāpat to dara deguna gļotāda, bet tikai dehidratācijas dēļ. Citu piemēru var atrast arī krāsās vai līmēs.

Tomēr jāņem vērā, ka pēdējos gadījumos sacietēšana kā atdzišanas produkts nenotiek. Tāpēc fakts, ka šķidrums sacietē, nebūt nenozīmē, ka tas sasalst (tas ievērojami nesamazina tā temperatūru); bet, kad šķidrums sasalst, tas galu galā sacietē.

Citi:

- Ūdens pārvēršanās ledus: tas notiek 0 ° C temperatūrā, veidojot ledu, sniegu vai ledus gabaliņus.

- Sveces vasks, kas kūst ar liesmu un atkal sacietē.

- Pārtikas sasaldēšana tā saglabāšanai: šajā gadījumā ūdens molekulas tiek sasaldētas gaļas vai dārzeņu šūnās.

- Stikla pūšana: tas kūst, lai iegūtu tam formu, un tad sacietē.

- Saldējuma ražošana: tie parasti ir piena produkti, kas sacietē.

- Karameles iegūšanai, kas ir izkusis un sacietējis cukurs.

- Sviests un margarīns ir taukskābes cietā stāvoklī.

- metalurģija: lietņu, siju vai noteiktu metālu konstrukciju ražošanā.

- Cements ir kaļķakmens un māla maisījums, kam, sajaucoties ar ūdeni, piemīt sacietēšanas īpašība.

- Šokolādes ražošanā kakao pulveri sajauc ar ūdeni un pienu, kas žāvējot sacietē.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās, 448., 467. lpp.
2. Wikipedia. (2018). Saldēšana. Iegūts no: en.wikipedia.org
3. Lorēna A. Jēkabsone. (2008. gada 16. maijs). Cietināšana. . Paņemts no: infohost.nmt.edu/
4. Kausēšana un sacietēšana. Ņemts no: juntadeandalucia.es
5. Dr Carter. Kausējuma sacietēšana. Paņemts no: itc.gsw.edu/
6. Eksperimentāls superdzesēšanas skaidrojums: kāpēc ūdens mākoņos nesasalst. Paņemts no: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. jūnijs). Cietināšanas definīcija un piemēri. Paņemts no: domaco.com