SOLIDIFICATION: SOLIDIFICATION POINT AT MGA HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang solidification ay isang likido na sumasailalim ng pagbabago kapag pumasa ito sa solidong yugto. Ang likido ay maaaring isang purong sangkap o isang halo. Gayundin, ang pagbabago ay maaaring sanhi ng isang pagbagsak sa temperatura o bilang isang resulta ng isang reaksyon ng kemikal.

Paano maipaliwanag ang kababalaghan na ito? Visual, ang likido ay nagsisimula upang i-petrified o tumigas, hanggang sa puntong humihinto ito nang malaya. Gayunpaman, ang solidification ay talagang binubuo ng isang serye ng mga hakbang na nagaganap sa mga mikroskopiko na kaliskis.

Pinagmulan: Pixabay

Ang isang halimbawa ng solidification ay isang likidong bubble na nag-freeze. Sa imahe sa itaas makikita mo kung paano nag-freeze ang isang bubble sa pakikipag-ugnay sa snow. Ano ang bahagi ng bubble na nagsisimulang patatagin? Ang isa na direktang nakikipag-ugnay sa snow. Ang snow ay gumagana bilang isang suporta kung saan maaaring tumira ang mga molekula ng bula.

Ang pag-solido ay mabilis na nag-trigger mula sa ilalim ng bubble. Ito ay makikita sa "glazed pines" na umaabot upang masakop ang buong ibabaw. Ang mga pines na ito ay sumasalamin sa paglago ng mga kristal, na hindi hihigit sa iniutos at simetriko na pag-aayos ng mga molekula.

Upang mangyari ang solidification ay kinakailangan na ang mga particle ng likido ay maaaring ayusin, sa isang paraan na nakikipag-ugnay sila sa bawat isa. Ang mga pakikipag-ugnay na ito ay nagiging mas malakas habang ang temperatura ay bumababa, na nakakaapekto sa molekular kinetics; iyon ay, bumagal sila at naging bahagi ng kristal.

Ang prosesong ito ay kilala bilang crystallization, at ang pagkakaroon ng isang nucleus (maliit na pinagsama-samang mga particle) at ang isang suporta ay nagpapabilis sa prosesong ito. Kapag ang likido ay crystallized, pagkatapos ay sinabi na ito ay solidified o frozen.

Solidification enthalpy

Hindi lahat ng mga sangkap ay nagpapatibay sa parehong temperatura (o sa ilalim ng parehong paggamot). Ang ilan kahit na "pag-freeze" sa itaas ng temperatura ng silid, tulad ng mga high-natutunaw na solid. Ito ay nakasalalay sa uri ng mga particle na bumubuo sa solid o likido.

Sa solid, sila ay nakikipag-ugnay nang mariin at nananatiling panginginig ng boses sa mga nakapirming posisyon sa espasyo, nang walang kalayaan ng paggalaw at may tinukoy na dami, habang nasa likido, mayroon silang kakayahang ilipat bilang maraming mga layer na gumagalaw sa bawat isa, sumakop sa dami ng lalagyan na naglalaman nito.

Ang solid ay nangangailangan ng thermal energy upang maipasa sa likido na yugto; sa madaling salita, kailangan ng init. Ito ay nakakakuha ng init mula sa mga paligid nito, at ang pinakamaliit na halaga na hinihigop nito upang makabuo ng unang patak ng likido ay kilala bilang tahimik na init ng pagsasanib (ΔHf).

Sa kabilang banda, ang likido ay dapat magpalabas ng init sa mga paligid nito upang mag-order ng mga molekula at mag-crystallize sa solidong yugto. Ang init na pinakawalan ay pagkatapos ng latent heat ng solidification o pagyeyelo (ΔHc). Parehong ang ΔHf at ΔH ay pantay sa laki ngunit sa kabaligtaran ng mga direksyon; ang una ay may positibong tanda, at ang pangalawa ay isang negatibong tanda.

Bakit nananatiling pare-pareho ang temperatura sa solidification?

Sa isang tiyak na punto ang likido ay nagsisimulang mag-freeze, at ang thermometer ay nagbabasa ng isang temperatura T. Hangga't ang likido ay hindi ganap na solidified, nananatiling patuloy si T. Dahil ang aHc ay may negatibong pag-sign, binubuo ito ng isang exothermic na proseso na nagpapalabas ng init.

Samakatuwid, babasahin ng thermometer ang init na ibinigay ng likido sa panahon ng pagbabago ng phase nito, na kontra sa ipinataw na pagbaba ng temperatura. Halimbawa, kung ang lalagyan na naglalaman ng likido ay ilagay sa isang paliguan ng yelo. Sa gayon, ang T ay hindi bumababa hanggang sa ganap na kumpleto ang solidification.

Anong mga yunit ang kasama ng mga sukat ng init? Karaniwan kJ / mol o J / g. Ito ay binibigyang kahulugan bilang mga sumusunod: kJ o J ay ang halaga ng init na kinakailangan ng 1 mole ng likido o 1 g upang makapagpalamig o magpapatibay.

Para sa kaso ng tubig, halimbawa, ang ΔHc ay katumbas ng 6.02 kJ / mol. Iyon ay, ang 1 nunal ng dalisay na tubig ay kailangang magbigay ng 6.02 kJ ng init upang mai-freeze, at ang init na ito ay kung ano ang nagpapanatili ng temperatura na patuloy sa proseso. Katulad nito, ang 1 mol ng yelo ay kailangang sumipsip ng 6.02 kJ ng init upang matunaw.

Punto ng pag-solido

Ang eksaktong temperatura kung saan nangyayari ang proseso ay kilala bilang ang solidification point (Tc). Nag-iiba ito sa lahat ng mga sangkap depende sa kung gaano kalakas ang kanilang mga intermolecular na pakikipag-ugnay sa solid.

Ang kadalisayan ay isa ring mahalagang variable, dahil ang isang marumi na solid ay hindi nagpapatibay sa parehong temperatura bilang isang purong. Ito ay kilala bilang pagbaba ng freeze point. Upang ihambing ang mga punto ng solidification ng isang sangkap kinakailangan upang magamit bilang isang sanggunian ang isa na kasing puro hangga't maaari.

Gayunpaman, ang parehong ay hindi mailalapat sa mga solusyon, tulad ng kaso ng mga metal na haluang metal. Upang ihambing ang kanilang mga punto ng solidification, dapat na isaalang-alang ang mga mixture na may pantay na proporsyon ng masa; iyon ay, na may magkaparehong konsentrasyon ng mga sangkap nito.

Tiyak, ang solidification point ay mahusay na pang-agham at teknolohikal na interes tungkol sa mga haluang metal at iba pang mga uri ng mga materyales. Ito ay dahil, sa pamamagitan ng pagkontrol sa oras at kung paano sila pinalamig, maaaring makuha ang ilang kanais-nais na mga pisikal na katangian o ang hindi naaangkop para sa isang naibigay na aplikasyon ay maiiwasan.

Para sa kadahilanang ito ang pag-unawa at pag-aaral ng konseptong ito ay may kahalagahan sa metalurhiya at mineralogy, pati na rin sa anumang iba pang agham na nararapat na gumawa at magpakilala ng isang materyal.

Solidification at natutunaw na punto

Ang teoryang Tc ay dapat na katumbas ng temperatura o pagtunaw na punto (Tf). Gayunpaman, hindi ito palaging totoo para sa lahat ng mga sangkap. Ang pangunahing dahilan ay dahil, sa unang sulyap, mas madaling magulo ang solidong mga molekula kaysa mag-order ng mga likido.

Samakatuwid, ito ay ginustong sa pagsasanay na gamitin ang Tf upang husay na husay ang kadalisayan ng isang tambalan. Halimbawa, kung ang isang compound X ay may maraming mga impurities, kung gayon ang Tf nito ay magiging mas malayo mula sa purong X kumpara sa isa na may mas mataas na kadalisayan.

Pag-order ng molekular

Tulad ng nasabi na sa ngayon, ang solidification ay nagpapatuloy sa pagkikristal. Ang ilang mga sangkap, na binigyan ng likas na katangian ng kanilang mga molekula at ang kanilang mga pakikipag-ugnay, ay nangangailangan ng napakababang temperatura at mataas na panggigipit upang makapagpatibay.

Halimbawa, ang likidong nitrogen ay nakuha sa mga temperatura sa ibaba -196ºC. Upang palakasin ito, kinakailangan upang palamig ito nang higit pa, o dagdagan ang presyon dito, sa gayon pilitin ang mga molekulang N ₂ na magkasama upang lumikha ng nuclei ng pagkikristal.

Ang parehong ay maaaring isaalang-alang para sa iba pang mga gas: oxygen, argon, fluorine, neon, helium; at para sa pinaka matindi sa lahat, ang hydrogen, na ang solidong yugto ay nakakaakit ng maraming interes para sa mga posibleng wala pang nakaranas na pag-aari.

Sa kabilang banda, ang pinakamahusay na kilalang kaso ay ang dry ice, na hindi hihigit sa CO _{2, na} ang mga puting singaw ay dahil sa pagbawas nito sa presyon ng atmospera. Ang mga ito ay ginamit upang muling likhain ang haze sa entablado.

Para sa isang tambalan upang palakasin ito ay hindi lamang nakasalalay sa Tc, kundi pati na rin sa presyon at iba pang mga variable. Ang mas maliit ang mga molekula (H ₂ ) at mas mahina ang kanilang mga pakikipag-ugnay, mas mahirap makuha ang mga ito sa solidong estado.

Supercooling

Ang likido, maging isang sangkap o isang halo, ay magsisimulang mag-freeze sa temperatura sa punto ng solidification. Gayunpaman, sa ilalim ng ilang mga kondisyon (tulad ng mataas na kadalisayan, mabagal na paglamig sa panahon, o isang napaka-masiglang kapaligiran), ang likido ay maaaring magparaya sa mas mababang temperatura nang walang pagyeyelo. Ito ay tinatawag na supercooling.

Wala pa ring ganap na paliwanag sa kababalaghan, ngunit sinusuportahan ng teorya na ang lahat ng mga variable na pumipigil sa paglaki ng nuclestallization nuclei ay nagtataguyod ng supercooling.

Bakit? Dahil mula sa nuclei malaking kristal ay nabuo pagkatapos magdagdag ng mga molekula mula sa paligid sa kanila. Kung ang prosesong ito ay limitado, kahit na ang temperatura ay nasa ilalim ng Tc, ang likido ay mananatiling hindi nagbabago, tulad ng nangyayari sa mga maliliit na patak na bumubuo at gumawa ng mga ulap na nakikita sa kalangitan.

Ang lahat ng mga supercooled na likido ay masalimuot, iyon ay, madaling kapitan ang mga ito sa kaunting kaguluhan sa labas. Halimbawa, kung magdagdag ka ng isang maliit na piraso ng yelo sa kanila, o iling ang mga ito nang kaunti, sila ay mag-freeze agad, na kung saan ay isang masaya at madaling eksperimento na maisagawa.

Mga halimbawa ng solidification

-Kahit na ito ay hindi isang solidong sarili, ang gelatin ay isang halimbawa ng isang proseso ng solidification sa pamamagitan ng paglamig.

Ang ginamit na baso ay ginagamit upang lumikha at magdisenyo ng maraming mga bagay, na pagkatapos ng paglamig, panatilihin ang kanilang pangwakas na tinukoy na mga hugis.

-Magpaputok habang ang bula ay nagyaya sa pakikipag-ugnay sa niyebe, ang isang bote ng soda ay maaaring sumailalim sa parehong proseso; at kung ito ay supercooled, ang pagyeyelo nito ay agad-agad.

-Kapag lumitaw ang lava mula sa mga bulkan na sumasakop sa kanilang mga gilid o sa ibabaw ng lupa, ito ay nagpapatatag kapag nawalan ito ng temperatura, hanggang sa maging mga malalaking bato.

-Eggs at cake solidify na may isang pagtaas sa temperatura. Gayundin, ang ilong mucosa ay ginagawa ito ngunit dahil sa pag-aalis ng tubig. Ang isa pang halimbawa ay maaari ding matagpuan sa pintura o pandikit.

Gayunpaman, dapat tandaan na ang solidification ay hindi nangyayari sa mga huling kaso bilang isang produkto ng paglamig. Samakatuwid, ang katotohanan na ang isang likido na solidify ay hindi nangangahulugang nagyeyelo ito (hindi nito binabawasan ang temperatura nito na pinahahalagahan); ngunit kapag ang isang likido ay nag-freeze, nagtatapos ito ng solidifying.

Iba pa:

- Ang pag-convert ng tubig sa yelo: nangyayari ito sa 0 ° C na gumagawa ng yelo, snow o glacial cubes.

- Ang kandila ng kandila na natutunaw sa apoy at muling nagpapatibay.

- Nagyeyelong pagkain para sa pagpapanatili nito: sa kasong ito, ang mga molekula ng tubig ay nagyelo sa loob ng mga cell ng karne o gulay.

- pamumulaklak ng salamin: natutunaw ito upang bigyan ito ng hugis at pagkatapos ay matatag.

- Ang paggawa ng ice cream: sa pangkalahatan sila ay pagawaan ng gatas na nagpapatibay.

- Sa pagkuha ng karamelo, na natutunaw at solidified asukal.

- Ang mantikilya at margarin ay mga fatty acid sa solidong estado.

- Metallurgy: sa paggawa ng mga ingot o beam o istruktura ng ilang mga metal.

- Ang semento ay isang pinaghalong apog at luad na, kapag pinaghalo sa tubig, ay may pag-aari ng hardening.

- Sa paggawa ng tsokolate, ang pulbos ng kakaw ay halo-halong may tubig at gatas, na kapag pinatuyo, pinapatibay.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral, p 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Nagyeyelo. Kinuha mula sa: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (Mayo 16, 2008). Solidification. . Kinuha mula sa: infohost.nmt.edu/
4. Fusion at solidification. Kinuha mula sa: juntadeandalucia.es
5. Carter. Solidification ng isang matunaw. Kinuha mula sa: itc.gsw.edu/
6. Eksperimentong paliwanag ng supercooling: bakit ang tubig ay hindi nagyeyelo sa mga ulap. Kinuha mula sa: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Hunyo 22, 2018). Kahulugan ng Solidification at Mga Halimbawa. Kinuha mula sa: thoughtco.com