Stollingsstollingspunt en voorbeelden

de stollen het is de verandering die een vloeistof ervaart als deze overgaat naar de vaste fase. De vloeistof kan een zuivere substantie of een mengsel zijn. Ook kan de verandering te wijten zijn aan een temperatuurdaling of als gevolg van een chemische reactie.

Hoe kan dit fenomeen worden verklaard? Visueel begint de vloeistof versteend of verhard te raken, zodanig dat hij vrij blijft stromen. Stolling bestaat echter in feite uit een reeks stappen die plaatsvinden op microscopische schalen.

Een voorbeeld van stollen is een vloeibare bubbel die bevriest. In de bovenstaande afbeelding kunt u zien hoe een bubbel bevriest wanneer deze de sneeuw raakt. Wat is het deel van de luchtbel dat begint te stollen? Dat wat in direct contact staat met de sneeuw. De sneeuw werkt als een steun waarop de moleculen van de bubbel kunnen worden ondergebracht.

Stolling wordt snel geactiveerd vanaf de onderkant van de bubbel. Dit is te zien aan de "glazen dennen" die zich uitstrekken over het hele oppervlak. Deze dennen weerspiegelen de groei van kristallen, die niets meer zijn dan ordelijke en symmetrische ordeningen van de moleculen.

Om de stolling te laten plaatsvinden, is het noodzakelijk dat de deeltjes van de vloeistof op een zodanige wijze kunnen worden gerangschikt dat zij met elkaar in wisselwerking staan. Deze interacties worden sterker naarmate de temperatuur daalt, wat de moleculaire kinetiek beïnvloedt; dat wil zeggen, ze worden langzamer en worden een deel van het kristal.

Dit proces staat bekend als kristallisatie en de aanwezigheid van een kern (kleine aggregaten van deeltjes) en een drager versnellen dit proces. Zodra de vloeistof is gekristalliseerd, wordt vervolgens gezegd dat deze is gestold of ingevroren.

index

• 1 Enthalpie van stolling
  • 1.1 Waarom de temperatuur constant blijft bij het stollen?
• 2 Vriespunt
  • 2.1 Stolling en smeltpunt
  • 2.2 Moleculaire ordening
• 3 Onderkoeling
• 4 Voorbeelden van stollen
• 5 Referenties

Enthalpie van stolling

Niet alle stoffen stollen bij dezelfde temperatuur (of onder dezelfde behandeling). Sommigen bevriezen zelfs boven kamertemperatuur, zoals bij vaste stoffen met een hoog smeltpunt. Dit hangt af van het type deeltjes waaruit de vaste stof of vloeistof bestaat.

In de vaste stof hebben ze een sterke wisselwerking en blijven ze vibreren in vaste posities in de ruimte, zonder bewegingsvrijheid en met een gedefinieerd volume, terwijl ze in de vloeistof het vermogen hebben om te bewegen zoals meerdere lagen die over elkaar heen bewegen, waarbij ze het volume van de container die het bevat.

De vaste stof vereist thermische energie om over te gaan naar de vloeistoffase; Met andere woorden, het heeft warmte nodig. De warmte wordt verkregen uit de omgeving en de minimale hoeveelheid die wordt geabsorbeerd om de eerste druppel vloeistof te genereren, staat bekend als latente smeltwarmte (ΔHf).

Aan de andere kant moet de vloeistof warmte afgeven aan zijn omgeving om zijn moleculen te ordenen en in de vaste fase te kristalliseren. De afgegeven warmte is dan de latente warmte van stolling of bevriezing (ΔHc). Zowel ΔHf als ΔHc zijn gelijk in grootte, maar in tegengestelde richtingen; de eerste heeft een positief teken en het tweede negatieve teken.

Waarom de temperatuur constant blijft tijdens het stollen?

Op een bepaald moment begint de vloeistof te bevriezen en toont de thermometer een temperatuur T. Hoewel het niet volledig gestold is, blijft T constant. Omdat ΔHc een negatief teken heeft, bestaat het uit een exotherm proces dat warmte afgeeft.

Daarom leest de thermometer de warmte die vrijkomt door de vloeistof tijdens de faseverandering, waardoor de ingestelde temperatuurdaling wordt tegengegaan. Als u bijvoorbeeld de container met de vloeistof in een ijsbad plaatst. Aldus neemt T niet af totdat de stolling volledig is voltooid.

Welke eenheden begeleiden deze warmtemetingen? Meestal kJ / mol of J / g. Deze worden als volgt geïnterpreteerd: kJ of J is de hoeveelheid warmte waarvoor 1 mol vloeistof of 1 g nodig is om te kunnen afkoelen of stollen.

Voor water is bijvoorbeeld ΔHc gelijk aan 6,02 kJ / mol. Dat wil zeggen, 1 mol zuiver water moet 6.02 kJ warmte vrijmaken om te kunnen bevriezen, en deze warmte is wat de temperatuur tijdens het proces constant houdt. Evenzo moet 1 mol ijs 6,02 kJ warmte absorberen om te smelten.

Vriespunt

Op de exacte temperatuur waar het proces plaatsvindt, staat het bekend als het stolpunt (Tc). Dit varieert in alle stoffen, afhankelijk van hoe sterk hun intermoleculaire interacties in de vaste stof zijn.

Zuiverheid is ook een belangrijke variabele, omdat een onzuivere vaste stof niet stolt bij dezelfde temperatuur als een zuivere. Het bovenstaande staat bekend als vriespunt laten vallen. Om de stollingspunten van een stof te vergelijken, is het noodzakelijk om als referentie te gebruiken wat zo puur mogelijk is.

Hetzelfde kan echter niet worden toegepast voor oplossingen, zoals in het geval van metaallegeringen. Om hun stollingspunten te vergelijken, moeten ze worden beschouwd als mengsels met gelijke gewichtsverhoudingen; dat wil zeggen, met identieke concentraties van zijn componenten.

Zeker, het stollingspunt is van groot wetenschappelijk en technologisch belang met betrekking tot legeringen en andere variëteiten van materialen. Dit komt omdat, door het regelen van de tijd en hoe ze afkoelen, je enkele gewenste fysieke eigenschappen kunt krijgen of de ongepaste voor een bepaalde toepassing kunt vermijden.

Om deze reden is het begrip en de studie van dit concept van groot belang in de metallurgie en mineralogie, evenals in elke andere wetenschap die het fabriceren en karakteriseren van een materiaal verdient.

Stolling en smeltpunt

Theoretisch zou Tc gelijk moeten zijn aan de temperatuur of het smeltpunt (Tf). Dit geldt echter niet altijd voor alle stoffen. De belangrijkste reden is dat het op het eerste gezicht gemakkelijker is om de moleculen van de vaste stof te verstoren dan om die van de vloeistof te bestellen.

Daarom heeft het in de praktijk de voorkeur gebruik te maken van Tf om op kwalitatieve wijze de zuiverheid van een verbinding te meten. Bijvoorbeeld, als een verbinding X veel onzuiverheden heeft, dan zal zijn Tf meer verwijderd zijn van die van zuivere X in vergelijking met een andere met hogere zuiverheid.

Moleculaire ordening

Zoals tot nu toe is gezegd, gaat het stollen uit naar kristallisatie. Sommige stoffen vereisen, gezien de aard van hun moleculen en hun interacties, zeer lage temperaturen en hoge drukken om te kunnen stollen.

Vloeibare stikstof wordt bijvoorbeeld verkregen bij temperaturen onder -196ºC. Om het te laten stollen, zou het nog meer gekoeld moeten worden, of om de druk erop te verhogen, waardoor de N-moleculen op deze manier gedwongen worden.₂ om te groeperen om kristallisatiekernen te creëren.

Hetzelfde kan worden overwogen voor andere gassen: zuurstof, argon, fluor, neon, helium; en voor het meest extreme van allemaal, waterstof, waarvan de vaste fase veel belangstelling heeft gewekt voor zijn potentieel ongekende eigenschappen.

Aan de andere kant is de bekendste zaak de droog ijs, wat niets meer is dan CO₂ waarvan de witte dampen te wijten zijn aan de sublimatie ervan bij atmosferische druk. Deze zijn gebruikt om waas in de scenario's opnieuw te creëren.

Om een ​​verbinding te stollen hangt niet alleen af ​​van Tc, maar ook van de druk en andere variabelen. Hoe kleiner de moleculen (H₂) en hoe zwakker hun interacties, hoe moeilijker het zal zijn om ze naar de vaste staat te laten evolueren.

onderkoeling

De vloeistof, hetzij een stof of mengsel, zal beginnen te bevriezen bij de temperatuur bij het stolpunt. Onder bepaalde omstandigheden (zoals hoge zuiverheid, een langzame afkoeltijd of een zeer energetische omgeving), kan de vloeistof lagere temperaturen verdragen zonder te bevriezen. Dit wordt onderkoeling genoemd.

Er is nog geen absolute verklaring voor het fenomeen, maar de theorie stelt dat al die variabelen die de groei van kristallisatie-kernen verhinderen overkoeling bevorderen.

Waarom? Omdat grote kristallen worden gevormd uit de kernen na het toevoegen van omringende moleculen aan hen. Als dit proces beperkt is, zal de vloeistof, zelfs als de temperatuur lager is dan Tc, ongewijzigd blijven, zoals gebeurt met de kleine druppels die make-up maken en wolken zichtbaar maken in de lucht..

Alle onderkoelde vloeistoffen zijn metastabiel, dat wil zeggen ze zijn vatbaar voor de geringste externe verstoring. Als ze bijvoorbeeld een klein stukje ijs toevoegen of een klein beetje schudden, zullen ze onmiddellijk bevriezen, wat resulteert in een leuk en gemakkelijk uit te voeren experiment..

Stollingsvoorbeelden

-Hoewel niet behoorlijk een vaste stof, is gelatine een voorbeeld van een stollingsproces door afkoeling.

-Het gesmolten glas wordt gebruikt om veel objecten te maken en te ontwerpen, die na afkoeling hun uiteindelijk gedefinieerde vormen behouden.

-Net zoals de bubbel bevroor bij contact met de sneeuw, kan een frisdrankfles hetzelfde proces ondergaan; en als het onderkoeld is, zal het bevriezen ervan onmiddellijk zijn.

-Wanneer er lava uitbarst van de vulkanen die de randen of het aardoppervlak bedekken, stolt het wanneer het temperatuur verliest, totdat het in stollingsgesteenten verandert.

-Eieren en cakes stollen met een verhoging van de temperatuur. Evenzo doet het neusslijmvlies slechts vanwege uitdroging. Een ander voorbeeld is ook te vinden in verf of lijmen.

Er moet echter worden opgemerkt dat in de laatste gevallen geen stolling optreedt als gevolg van afkoeling. Daarom betekent het feit dat een vloeistof stolt niet noodzakelijkerwijs dat het bevriest (het verlaagt de temperatuur ervan niet merkbaar); maar als een vloeistof bevriest, eindigt het stollen.

andere:

- De omzetting van water in ijs: dit gebeurt bij 0 ° C met ijs, sneeuw of ijsblokjes.

- De kaarsvet die smelt met de vlam en weer stolt.

- Het invriezen van voedsel voor het behoud ervan: in dit geval bevriest het de watermoleculen in de cellen van het vlees of de groenten.

- Het blaasglas: het smelt in vorm en stolt dan.

- De productie van ijs: meestal zijn ze zuivelproducten die stollen.

- Bij het verkrijgen van het snoep, dat gesmolten en gestolde suiker is.

- Boter en margarine zijn vetzuren in de vaste toestand.

- Metallurgie: bij de vervaardiging van blokken of balken of constructies van bepaalde metalen.

- Het cement is een mengsel van kalksteen en kleisoorten dat bij vermenging met water de eigenschap heeft om te harden.

- Bij de vervaardiging van chocolade wordt cacaopoeder gemengd met water en melk die, na drogen, stolt.

referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e druk). CENGAGE Leren, p 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Bevriezing. Genomen uit: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16 mei 2008) Stollen. [PDF]. Genomen uit: infohost.nmt.edu/
4. Fusie en stolling. Genomen uit: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Stolling van een smelt. Overgenomen uit: itc.gsw.edu/
6. Experimentele verklaring van onderkoeling: waarom water niet bevriest in de wolken. Genomen uit: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). Solidificatie-definitie en voorbeelden. Genomen uit: thoughtco.com