จุดแข็งตัวของการแข็งตัวและตัวอย่าง

การรวมกันแน่น มันคือการเปลี่ยนแปลงที่ของเหลวสัมผัสเมื่อผ่านไปยังของแข็ง ของเหลวอาจเป็นสารบริสุทธิ์หรือส่วนผสม นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงอาจเกิดจากอุณหภูมิลดลงหรือเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี.

ปรากฏการณ์นี้จะอธิบายได้อย่างไร? สายตาของเหลวเริ่มแข็งตัวหรือแข็งตัวจนถึงจุดที่หยุดไหลอย่างอิสระ อย่างไรก็ตามการแข็งตัวจริงประกอบด้วยชุดของขั้นตอนที่เกิดขึ้นในระดับกล้องจุลทรรศน์.

ตัวอย่างของการแข็งตัวคือฟองของเหลวที่ค้าง ในภาพด้านบนคุณจะเห็นว่าฟองสบู่ค้างเมื่อโดนหิมะ ส่วนของฟองที่เริ่มแข็งตัวคืออะไร สิ่งที่สัมผัสกับหิมะโดยตรง หิมะทำงานเป็นตัวรองรับซึ่งสามารถรองรับโมเลกุลของฟอง.

การทำให้แข็งตัวจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจากด้านล่างของฟอง สามารถมองเห็นได้ใน "ต้นสนแก้ว" ที่ยื่นออกมาเพื่อปกปิดพื้นผิวทั้งหมด ต้นสนเหล่านี้สะท้อนถึงการเติบโตของผลึกซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบและสมมาตรของโมเลกุล.

เพื่อให้การแข็งตัวเกิดขึ้นจำเป็นต้องมีการจัดเรียงอนุภาคของของเหลวในลักษณะที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ปฏิกิริยาเหล่านี้จะแข็งแกร่งขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงซึ่งส่งผลต่อจลศาสตร์ของโมเลกุล นั่นคือมันช้าลงและกลายเป็นส่วนหนึ่งของผลึก.

กระบวนการนี้เรียกว่าการตกผลึกและการปรากฏตัวของนิวเคลียส (มวลรวมของอนุภาคเล็ก ๆ ) และการสนับสนุนเร่งกระบวนการนี้ เมื่อของเหลวได้ตกผลึกแล้วมันก็บอกว่ามันเป็นก้อนหรือแช่แข็ง.

ดัชนี

• 1 เอนทาลปีของการแข็งตัว
  • 1.1 ทำไมอุณหภูมิยังคงคงที่ในการแข็งตัว?
• 2 จุดเยือกแข็ง
  • 2.1 จุดแข็งตัวและจุดหลอมเหลว
  • 2.2 การสั่งซื้อระดับโมเลกุล
• 3 Supercooling
• 4 ตัวอย่างของการแข็งตัว
• 5 อ้างอิง

เอนทัลปีของการแข็งตัว

สารบางชนิดไม่แข็งตัวที่อุณหภูมิเดียวกัน (หรือภายใต้การบำบัดเดียวกัน) บางคนถึงกับ "หยุด" เหนืออุณหภูมิห้องเช่นเดียวกับของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวสูง ขึ้นอยู่กับประเภทของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นของแข็งหรือของเหลว.

ในของแข็งพวกมันมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงและยังคงสั่นสะเทือนในตำแหน่งคงที่ของพื้นที่โดยไม่มีอิสระในการเคลื่อนไหวและมีปริมาตรที่กำหนดในขณะที่อยู่ในของเหลวพวกเขามีความสามารถในการเคลื่อนที่เหมือนหลาย ๆ ชั้นที่เคลื่อนที่ไปมา ภาชนะบรรจุที่มีมัน.

ของแข็งต้องใช้พลังงานความร้อนเพื่อส่งผ่านไปยังเฟสของเหลว กล่าวอีกนัยหนึ่งมันต้องการความร้อน ความร้อนได้มาจากสภาพแวดล้อมและปริมาณขั้นต่ำที่ดูดซับเพื่อสร้างหยดแรกของของเหลวนั้นเรียกว่าความร้อนแฝงของฟิวชั่น.

ในทางกลับกันของเหลวนั้นจะต้องปล่อยความร้อนออกไปรอบ ๆ เพื่อที่จะจัดเรียงโมเลกุลและตกผลึกในช่วงของแข็ง ความร้อนที่ปล่อยออกมาคือความร้อนแฝงของการแข็งตัวหรือการแช่แข็ง (ΔHc) ทั้งΔHfและΔHcมีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศตรงกันข้าม คนแรกถือเป็นสัญญาณบวกและเครื่องหมายลบที่สอง.

ทำไมอุณหภูมิยังคงคงที่ในการแข็งตัว?

ในช่วงเวลาหนึ่งของเหลวจะเริ่มแข็งตัวและเครื่องวัดอุณหภูมิจะแสดงอุณหภูมิ T ในขณะที่ยังไม่แข็งตัวอย่างสมบูรณ์ T จะคงที่ เนื่องจากΔHcมีเครื่องหมายลบมันประกอบด้วยกระบวนการคายความร้อนที่ปล่อยความร้อน.

ดังนั้นเทอร์โมมิเตอร์จะอ่านความร้อนที่ปล่อยออกมาจากของเหลวในระหว่างการเปลี่ยนเฟส ตัวอย่างเช่นถ้าคุณใส่ภาชนะที่มีของเหลวอยู่ในอ่างน้ำแข็ง ดังนั้น T จะไม่ลดลงจนกว่าการแข็งตัวจะเสร็จสมบูรณ์ทั้งหมด.

หน่วยใดที่มาพร้อมกับการวัดความร้อนเหล่านี้ มักจะ kJ / mol หรือ J / g ตีความได้ดังนี้ kJ หรือ J คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ของเหลว 1 โมลหรือ 1 กรัมเพื่อให้เย็นหรือแข็งตัว.

สำหรับกรณีของน้ำตัวอย่างเช่นΔHcเท่ากับ 6.02 kJ / mol นั่นคือน้ำบริสุทธิ์ 1 โมลจำเป็นต้องปล่อยความร้อน 6.02 kJ เพื่อให้สามารถแช่แข็งได้และความร้อนนี้คือสิ่งที่ทำให้อุณหภูมิคงที่ในกระบวนการ ในทำนองเดียวกันน้ำแข็ง 1 โมลจำเป็นต้องดูดซับความร้อน 6.02 kJ เพื่อละลาย.

จุดเยือกแข็ง

ที่อุณหภูมิที่แน่นอนที่กระบวนการเกิดขึ้นจะเรียกว่าจุดรวมตัว (Tc) สิ่งนี้จะแตกต่างกันไปในสารทั้งหมดขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลในของแข็ง.

ความบริสุทธิ์ก็เป็นตัวแปรสำคัญเช่นกันเนื่องจากของแข็งที่ไม่บริสุทธิ์ไม่แข็งตัวที่อุณหภูมิเดียวกับของบริสุทธิ์ ด้านบนเรียกได้ว่า จุดเยือกแข็งค้าง. ในการเปรียบเทียบคะแนนการแข็งตัวของสารมีความจำเป็นต้องใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงถึงสิ่งที่บริสุทธิ์ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้.

อย่างไรก็ตามไม่สามารถนำไปใช้กับวิธีการแก้ปัญหาเช่นเดียวกับในกรณีของโลหะผสม เพื่อเปรียบเทียบคะแนนการแข็งตัวของพวกเขาควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นส่วนผสมที่มีสัดส่วนมวลเท่ากัน นั่นคือมีความเข้มข้นเท่ากันของส่วนประกอบ.

แน่นอนว่าจุดแข็งตัวของผลประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโลหะผสมและวัสดุประเภทอื่น ๆ นี่เป็นเพราะการควบคุมเวลาและวิธีทำให้เย็นคุณสามารถได้รับคุณสมบัติทางกายภาพที่ต้องการหรือหลีกเลี่ยงสิ่งที่ไม่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันบางอย่าง.

ด้วยเหตุนี้ความเข้าใจและการศึกษาแนวคิดนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโลหะวิทยาและวิทยาแร่รวมถึงในวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ที่สามารถสร้างการผลิตและการจำแนกวัสดุ.

จุดแข็งตัวและจุดหลอมเหลว

ทฤษฏี Tc ควรเท่ากับอุณหภูมิหรือจุดหลอมเหลว (Tf) อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงเสมอไปสำหรับสารทั้งหมด เหตุผลหลักคือเมื่อมองแวบแรกมันจะง่ายต่อการทำลายโมเลกุลของของแข็งมากกว่าสั่งของของเหลว.

ดังนั้นจึงเป็นที่นิยมในทางปฏิบัติเพื่อใช้กับ Tf เพื่อวัดความบริสุทธิ์ของสารประกอบ ตัวอย่างเช่นหากสารประกอบ X มีสิ่งเจือปนจำนวนมากดังนั้น Tf ของมันจะอยู่ห่างจากของบริสุทธิ์ X มากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอีกองค์ประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า.

การสั่งซื้อโมเลกุล

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วการทำให้เป็นก้อนกลายเป็นผลึก สารบางชนิดเนื่องจากลักษณะของโมเลกุลและปฏิกิริยาของพวกมันต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมากและแรงดันสูงเพื่อให้สามารถแข็งตัว.

ยกตัวอย่างเช่นไนโตรเจนเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่า-196ºC ในการทำให้แข็งตัวมันจำเป็นต้องทำให้เย็นมากขึ้นหรือเพิ่มแรงกดบนมันทำให้บังคับให้โมเลกุล N ในลักษณะนี้₂ จัดกลุ่มเข้าด้วยกันเพื่อสร้างนิวเคลียสการตกผลึก.

เช่นเดียวกันกับก๊าซอื่น ๆ : ออกซิเจน, อาร์กอน, ฟลูออรีน, นีออน, ฮีเลียม; และสำหรับสุดขั้วที่สุดของทั้งหมดไฮโดรเจนซึ่งเฟสของแข็งได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากสำหรับคุณสมบัติที่ไม่เคยมีมาก่อน.

ในขณะที่กรณีที่รู้จักกันดีที่สุดคือ น้ำแข็งแห้ง, ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่า CO₂ ไอระเหยสีขาวเนื่องจากการระเหิดของเดียวกันที่ความดันบรรยากาศ เหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างหมอกควันในสถานการณ์.

สำหรับสารประกอบเพื่อทำให้แข็งไม่ได้ขึ้นอยู่กับ Tc เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความดันและตัวแปรอื่น ๆ โมเลกุลที่เล็กกว่า (H₂) และยิ่งปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาอ่อนแอลงเท่าใดก็จะยิ่งทำให้พวกเขาย้ายไปอยู่ในสถานะของแข็งได้ยากขึ้น.

เปอร์

ของเหลวไม่ว่าจะเป็นสารหรือส่วนผสมจะเริ่มแข็งตัวที่อุณหภูมิ ณ จุดแข็งตัว อย่างไรก็ตามภายใต้เงื่อนไขบางประการ (เช่นความบริสุทธิ์สูง, เวลาทำความเย็นช้าหรือสภาพแวดล้อมที่มีพลังมาก) ของเหลวสามารถทนอุณหภูมิที่ต่ำกว่าโดยไม่ต้องแช่แข็ง สิ่งนี้เรียกว่า supercooling.

ยังไม่มีคำอธิบายที่แน่ชัดเกี่ยวกับปรากฏการณ์ แต่ทฤษฎีนี้เชื่อว่าตัวแปรทั้งหมดที่ป้องกันไม่ให้การเติบโตของนิวเคลียสตกผลึกส่งเสริมการทำให้เย็นเกินไป.

ทำไม? เนื่องจากผลึกขนาดใหญ่เกิดขึ้นจากนิวเคลียสหลังจากเพิ่มโมเลกุลรอบ ๆ ลงไป หากกระบวนการนี้ถูก จำกัด แม้ว่าอุณหภูมิจะต่ำกว่า Tc ของเหลวจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเช่นที่เกิดขึ้นกับหยดเล็ก ๆ ที่ทำขึ้นและทำให้เห็นเมฆบนท้องฟ้า.

ของเหลว supercooled ทั้งหมดสามารถแพร่กระจายได้นั่นคือพวกมันมีความไวต่อการรบกวนจากภายนอกเพียงเล็กน้อย ตัวอย่างเช่นหากพวกเขาเพิ่มน้ำแข็งชิ้นเล็ก ๆ หรือเขย่าพวกเขาเล็กน้อยพวกเขาจะหยุดทันทีซึ่งจะส่งผลให้มีการทดสอบที่สนุกสนานและง่ายต่อการปฏิบัติ.

ตัวอย่างการแข็งตัว

-แม้ว่าเจลาตินจะไม่แข็ง แต่ก็เป็นตัวอย่างของกระบวนการทำให้แข็งตัวโดยการทำให้เย็น.

-แก้วหลอมเหลวใช้ในการสร้างและออกแบบวัตถุจำนวนมากซึ่งหลังจากการระบายความร้อนแล้วให้คงรูปแบบที่กำหนดไว้ในขั้นสุดท้าย.

-เมื่อฟองสบู่แข็งตัวเมื่อสัมผัสกับหิมะขวดโซดาอาจได้รับกระบวนการเดียวกัน และถ้ามันเย็นมากการแช่แข็งของมันจะเกิดขึ้นทันที.

-เมื่อลาวาพุ่งออกมาจากภูเขาไฟที่ปกคลุมขอบหรือพื้นผิวโลกมันจะแข็งตัวเมื่อสูญเสียอุณหภูมิจนกระทั่งมันกลายเป็นหินอัคนี.

-ไข่และเค้กแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกันเยื่อบุจมูกทำเช่นนั้น แต่เนื่องมาจากการขาดน้ำ อีกตัวอย่างหนึ่งยังสามารถพบได้ในสีหรือกาว.

อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าการทำให้แข็งตัวไม่เกิดขึ้นในกรณีหลังเนื่องจากการระบายความร้อน ดังนั้นความจริงที่ว่าของเหลวแข็งตัวไม่จำเป็นต้องหมายความว่ามันแข็งตัว (มันไม่ลดอุณหภูมิของมันอย่างเห็นได้ชัด); แต่เมื่อของเหลวค้างมันจะแข็งตัว.

อื่น ๆ :

- การเปลี่ยนน้ำเป็นน้ำแข็ง: สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ 0 ° C เพื่อผลิตน้ำแข็งหิมะหรือก้อนน้ำแข็ง.

- เทียนขี้ผึ้งที่หลอมละลายด้วยเปลวไฟและแข็งตัวอีกครั้ง.

- การแช่แข็งอาหารเพื่อการเก็บรักษา: ในกรณีนี้มันจะตรึงโมเลกุลของน้ำภายในเซลล์ของเนื้อสัตว์หรือผัก.

- แก้วเป่า: มันจะหลอมละลายให้เป็นรูปร่างแล้วแข็งตัว.

- การผลิตไอศกรีม: โดยปกติแล้วพวกเขาจะเป็นนมที่แข็ง.

- ในการได้รับขนมซึ่งเป็นน้ำตาลละลายและแข็งตัว.

- เนยและเนยเทียมเป็นกรดไขมันในสถานะของแข็ง.

- โลหะผสม: ในการผลิตแท่งหรือคานหรือโครงสร้างของโลหะบางชนิด.

- ปูนซีเมนต์เป็นส่วนผสมของหินปูนและดินเหนียวที่เมื่อผสมกับน้ำจะมีคุณสมบัติในการชุบแข็ง.

- ในการผลิตช็อคโกแลตผงโกโก้ผสมกับน้ำและนมซึ่งเมื่อแห้งจะแข็งตัว.

การอ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี (8th ed.) CENGAGE Learning, p 448, 467.
2. วิกิพีเดีย (2018) แช่แข็ง นำมาจาก: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson (16 พฤษภาคม 2008) การรวมกันแน่น [PDF] นำมาจาก: infohost.nmt.edu/
4. ฟิวชั่นและการรวมกัน นำมาจาก: juntadeandalucia.es
5. ดร. คาร์เตอร์ การแข็งตัวของละลาย นำมาจาก: itc.gsw.edu/
6. คำอธิบายการทดลองเรื่องการระบายความร้อนด้วยซูเปอร์: ทำไมน้ำไม่แข็งตัวในเมฆ นำมาจาก: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 มิถุนายน 2018) นิยามและตัวอย่างการแข็งตัว นำมาจาก: thoughtco.com