Bod tuhnutí tuhnutí a příklady / chemie | Thpanorama – Zlepšete se ještě dnes!

potvrzení Jedná se o změnu, kterou kapalina podstoupí, když se změní na pevnou fázi. Kapalina může být čistá látka nebo směs. Kromě toho může být změna způsobena poklesem teploty nebo následkem chemické reakce.

Jak lze tento jev vysvětlit? Vizuálně kapalina začne zkamenět nebo tuhnout do té míry, že již volně neteče. Vytvrzování se však ve skutečnosti skládá ze série kroků, které probíhají v mikroskopickém měřítku.

Příkladem tuhnutí je bublina kapaliny, která zamrzne. Na obrázku výše můžete vidět, jak bublina zamrzne, když dopadá na sníh. Která část bubliny začíná tuhnout? Něco, co je v přímém kontaktu se sněhem. Sníh funguje jako podpěra, na kterou lze umístit molekuly bublin.

Kalení začíná rychle ode dna bubliny. To lze vidět na „skleněných borovicích“, které se rozprostírají a pokrývají celý povrch. Tyto borovice odrážejí růst krystalů, které nejsou ničím jiným než uspořádaným a symetrickým uspořádáním molekul.

Aby mohlo dojít k tuhnutí, je nutné, aby částice kapaliny mohly být uspořádány tak, aby na sebe vzájemně působily. Tyto interakce zesilují s klesající teplotou, což ovlivňuje molekulární kinetiku; to znamená, že se zpomalí a stanou se součástí krystalu.

Tento proces je známý jako krystalizace a přítomnost jádra (malých shluků částic) a nosiče tento proces urychluje. Jakmile kapalina zkrystalizuje, říká se, že ztuhla nebo zmrzla.

• 1 entalpie tuhnutí
  • 1.1 Proč zůstává teplota během tuhnutí konstantní?
  • 2.1 Teplota vytvrzování a tavení
  • 2.2 Molekulární řád

  <strong><u>Entalpie tuhnutí</u></strong>

  Ne všechny látky tvrdnou při stejné teplotě (nebo při stejném ošetření). Některé dokonce „zamrznou“ nad pokojovou teplotou, jak se to stává u pevných látek s vysokým bodem tání. Záleží na typu částic, které tvoří pevnou látku nebo kapalinu.

  V pevné látce silně interagují a zůstávají vibrovat v pevných polohách v prostoru, bez volnosti pohybu a s určitým objemem, zatímco v kapalině se mohou pohybovat jako četné vrstvy, které se pohybují jedna nad druhou a zabírají objem nádoby, která ji obsahuje.

  Pevná látka vyžaduje tepelnou energii, aby se změnila na kapalnou fázi; Jinými slovy, vyžaduje teplo. Teplo je získáváno z okolí a minimální množství, které je absorbováno k vytvoření první kapky kapaliny, je známé jako latentní teplo tání (ΔHf).

  Na druhou stranu musí kapalina uvolnit teplo do okolí, aby se molekuly uspořádaly a vykrystalizovaly do pevné fáze. Uvolněné teplo je tedy latentní teplo tuhnutí nebo tuhnutí (ΔHc). Oba ΔHf a ΔHc jsou stejné co do velikosti, ale v opačných směrech; První nese kladné znaménko a druhé záporné znaménko.

  <strong>Proč zůstává teplota během tuhnutí konstantní?</strong>

  V určitém okamžiku začne kapalina mrznout a teploměr ukazuje teplotu T. Přestože ještě zcela neztuhla, T zůstává konstantní. Protože ΔHc má záporné znaménko, jedná se o exotermický proces, který uvolňuje teplo.

  Proto teploměr bude odečítat teplo uvolněné kapalinou během změny fáze, čímž působí proti uloženému teplotnímu rozdílu. Například pokud umístíte nádobu s tekutinou do ledové lázně. T se tedy nezmenšuje až do úplného ztuhnutí.

  Jaké jednotky doprovázejí tato měření tepla? Obvykle kJ/mol nebo J/g. Interpretují se následovně: kJ nebo J je množství tepla potřebné k ochlazení nebo ztuhnutí 1 molu kapaliny nebo 1 g.

  Například pro vodu je ΔHc 6,02 kJ/mol. To znamená, že 1 mol čisté vody musí uvolnit 6,02 kJ tepla, aby mohla zmrazit, a právě toto teplo udržuje během procesu konstantní teplotu. Podobně 1 mol ledu musí absorbovat 6,02 kJ tepla, aby roztál.

  <strong><u>Bod mrazu</u></strong>

  Přesná teplota, při které proces probíhá, je známá jako bod tuhnutí (Tg). Záleží na všech látkách v závislosti na tom, jak silné jsou jejich mezimolekulární interakce v pevné látce.

  Čistota je také důležitou proměnnou, protože nečistá pevná látka neztuhne při stejné teplotě jako čistá. Výše uvedené je známé jako pokles bodu mrazu. Pro srovnání bodů tuhnutí látky je nutné použít jako standard něco, co je co nejčistší.

  Totéž však nelze aplikovat na roztoky, jako v případě kovových slitin. Pro srovnání jejich bodů tuhnutí by měly být brány v úvahu směsi se stejnými hmotnostními podíly; tedy se stejnými koncentracemi jeho složek.

  Bod mrazu je ve vztahu ke slitinám a dalším typům materiálů jistě velmi vědecky a technicky zajímavý. Řízením doby a způsobu jejich chlazení totiž můžete dosáhnout určitých žádoucích fyzikálních vlastností nebo se vyhnout těm, které jsou pro konkrétní aplikaci nevhodné.

  Z tohoto důvodu má pochopení a studium tohoto konceptu velký význam v metalurgii a mineralogii, stejně jako v jakékoli jiné vědě, která si zaslouží výrobu a charakterizaci materiálu.

  <strong>Teplota tuhnutí a tání</strong>

  Tc by se teoreticky mělo rovnat bodu tání nebo teplotě (Tf). Ne vždy to však platí pro všechny látky. Hlavním důvodem je to, že na první pohled je snazší rozbít molekuly pevné látky než uspořádat molekuly kapaliny.

  Proto je v praxi výhodné použít Tf pro kvalitativní měření čistoty sloučeniny. Pokud má například sloučenina X mnoho nečistot, pak její Tf bude dále odstraněna od čistého X než jiná s vyšší čistotou.

  <strong>Molekulární řád</strong>

  Jak již bylo zmíněno, tuhnutí přechází v krystalizaci. Některé látky, vzhledem k povaze jejich molekul a jejich interakcím, vyžadují velmi nízké teploty a vysoké tlaky, aby mohly ztuhnout.

  Například kapalný dusík vzniká při teplotách pod -196ºC. K jejímu ztuhnutí by bylo nutné ji dále ochladit nebo zvýšit tlak na ni a tím vynutit molekuly N.₂ seskupit a vytvořit krystalizační jádra.

  Totéž lze uvažovat pro další plyny: kyslík, argon, fluor, neon, helium; a co je nejdůležitější, vodík, jehož pevná fáze vyvolala velký zájem pro své potenciální bezprecedentní vlastnosti.

  Na druhou stranu nejznámější případ Suchý led, což není víc než CO₂ jehož bílé páry jsou způsobeny sublimací téhož při atmosférickém tlaku. Byly použity k obnovení mlhy ve scénářích.

  U vytvrzovaného spoje to závisí nejen na Tc, ale také na tlaku a dalších proměnných. Čím menší je molekula (H₂) a čím slabší je jejich interakce, tím obtížnější bude donutit je k přechodu do pevného stavu.

  <strong><u>hypotermie</u></strong>

  Kapalina, látka nebo směs začne mrznout při teplotě bodu mrazu. Za určitých podmínek (jako je vysoká čistota, pomalá doba chlazení nebo velmi energetické prostředí) však kapalina snese nižší teploty, aniž by zamrzla. Tomu se říká hypotermie.

  Pro tento jev zatím neexistuje absolutní vysvětlení, ale teorie říká, že všechny proměnné, které brání růstu krystalizačních jader, přispívají k podchlazení.

  Proč? Protože velké krystaly vznikají z jader poté, co se k nim přidají okolní molekuly. Pokud je tento proces omezen, i když je teplota pod Tc, kapalina zůstane nezměněna, jak se to děje s malými kapičkami, které se tvoří a činí mraky viditelnými na obloze.

  Všechny podchlazené kapaliny jsou metastabilní, to znamená, že jsou citlivé na sebemenší vnější vlivy. Pokud například přidají malý kousek ledu nebo s ním jemně zatřesou, okamžitě zmrazí, což je zábavný a snadno proveditelný experiment.

  <strong><u>Příklady kalení</u></strong>

  -I když želatina není pevná látka, je to příklad procesu tuhnutí po ochlazení.

  -Tavené sklo se používá k vytváření a designu mnoha předmětů, které si po vychladnutí zachovávají své konečné definované tvary.

  – Stejně jako bublina zamrzne, když přijde do kontaktu se sněhem, může stejným procesem trpět láhev sody; a pokud je podchlazený, jeho zmrazení bude okamžité.

  -Když láva vybuchne ze sopek pokrývajících okraje nebo povrch země, ztvrdne, jak ztrácí teplotu, až se změní na vyvřelé horniny.

  -Vejce a koláče ztvrdnou, když teplota stoupá. Nosní sliznice dělá to samé, ale kvůli dehydrataci. Další příklad lze nalézt také v barvách nebo lepidlech.

  Je však třeba poznamenat, že v posledních případech nedochází k vytvrzení v důsledku chlazení. To, že kapalina ztuhne, tedy nemusí nutně znamenat, že zamrzne (nevede k výraznému poklesu její teploty); ale když kapalina zmrzne, nakonec ztuhne.

  — Přeměna vody na led: K tomu dochází při 0 °C a tvoří se led, sníh nebo kostky ledu.

  — Svíčkový vosk, který se plamenem roztaví a znovu ztvrdne.

  – Zmrazování potravin pro jejich uchování: v tomto případě zmrazí molekuly vody uvnitř buněk masa nebo zeleniny.

  – Foukané sklo: Taví se, aby získalo tvar a poté se kalí.

  – Výroba zmrzliny: většinou se jedná o mléčné výrobky, které tvrdnou.

  – Při příjmu bonbónů, ve kterých je cukr roztavený a ztužený.

  – Máslo a margarín jsou mastné kyseliny v pevném stavu.

  – Metalurgie: při výrobě ingotů nebo nosníků nebo konstrukcí z určitých kovů.

  — Cement je směs vápence a jílů, které při smíchání s vodou mají tendenci tvrdnout.

  — Při výrobě čokolády se míchá kakaový prášek s vodou a mlékem, který po usušení ztuhne.

  <strong>odkazy</strong>

  1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. vyd.). CENGAGE Learning, str. 448, 467.
  2. Wikipedie. (2018). Zmrazení. Převzato z: en.wikipedia.org
  3. Lauren A. Jacobson. (16. května 2008) Zmrazení. [PDF]. Převzato z: infohost.nmt.edu/
  4. Fúze a tuhnutí. Převzato z: juntadeandalucia.es
  5. Dr. Carterová. Tuhnutí taveniny. Převzato z: itc.gsw.edu/
  6. Experimentální vysvětlení hypotermie: proč voda v oblacích nezamrzá. Převzato z: esrf.eu
  7. Helmenstine, Anna Marie, PhD (22. června 2018) Definice a příklady indurace. Převzato z: thinkingco.com