De stelning är den förändring som en vätska genomgår när den passerar till den fasta fasen. Vätskan kan vara en ren substans eller en blandning. På samma sätt kan förändringen bero på temperaturfall eller som en följd av en kemisk reaktion..
Hur kan detta fenomen förklaras? Visuellt börjar vätskan att bli förstenad eller härdad, så att den slutar flöda fritt. Men stelning består faktiskt av en serie steg som sker på mikroskopiska skalor..
Ett exempel på stelning är en flytande bubbla som fryser. På bilden ovan kan du se hur en bubbla fryser vid kontakt med snö. Vad är den del av bubblan som börjar stelna? Den som är i direktkontakt med snön. Snön fungerar som ett stöd på vilket bubblans molekyler kan rymmas..
Stelning utlöses snabbt från botten av bubblan. Detta kan ses i de "glaserade tallarna" som sträcker sig för att täcka hela ytan. Dessa tallar speglar tillväxten av kristaller, som inte är mer än ordnade och symmetriska arrangemang av molekyler.
För att stelning ska ske är det nödvändigt att vätskepartiklarna kan arrangeras på ett sådant sätt att de interagerar med varandra. Dessa interaktioner blir starkare när temperaturen sjunker, vilket påverkar den molekylära kinetiken; de saktar ner och blir en del av kristallen.
Denna process kallas kristallisation och närvaron av en kärna (små partiklaraggregat) och ett stöd accelererar denna process. När vätskan väl har kristalliserats sägs den ha stelnat eller fryst.
Artikelindex
Inte alla ämnen stelnar vid samma temperatur (eller under samma behandling). Vissa "fryser" till och med över rumstemperatur, som med högsmältande fasta ämnen. Detta beror på vilken typ av partiklar som utgör det fasta eller flytande..
I det fasta ämnet interagerar de starkt och förblir vibrerande i fasta positioner i rymden, utan rörelsefrihet och med en definierad volym, medan de i vätskan har förmågan att röra sig som många lager som rör sig över varandra och upptar volymen av behållaren som innehåller den.
Det fasta ämnet kräver termisk energi för att passera till vätskefasen; med andra ord, det behöver värme. Värmen erhålls från dess omgivning, och den minsta mängd som den absorberar för att generera den första droppen vätska kallas den latenta fusionsvärmen (ΔHf)..
Å andra sidan måste vätskan släppa ut värme till sin omgivning för att beställa dess molekyler och kristallisera till den fasta fasen. Den frigjorda värmen är sedan den latenta stelningen eller frysningen (ΔHc). Både ΔHf och ΔHc är lika stora men med motsatta riktningar; det första har ett positivt tecken och det andra ett negativt tecken.
Vid en viss punkt börjar vätskan att frysa och termometern läser en temperatur T. Så länge den inte har stelnat helt förblir T konstant. Eftersom ΔHc har ett negativt tecken består det av en exoterm process som frigör värme.
Därför avläser termometern värmen som avges av vätskan under dess fasförändring, vilket motverkar det pålagda temperaturfallet. Till exempel om behållaren som innehåller vätskan läggs i ett isbad. Således minskar inte T förrän stelningen är fullständig..
Vilka enheter följer med dessa värmemätningar? Vanligtvis kJ / mol eller J / g. Dessa tolkas enligt följande: kJ eller J är mängden värme som krävs av 1 mol vätska eller 1 g för att kunna svalna eller stelna.
För exempelvis vatten är ΔHc lika med 6,02 kJ / mol. Det vill säga, 1 mol rent vatten behöver frigöra 6,02 kJ värme för att frysa, och denna värme håller temperaturen konstant i processen. På samma sätt behöver 1 mol is absorbera 6,02 kJ värme för att smälta..
Den exakta temperaturen där processen sker är känd som stelningspunkten (Tc). Detta varierar i alla ämnen beroende på hur stark deras intermolekylära interaktioner är i det fasta ämnet..
Renhet är också en viktig variabel, eftersom en oren fast substans inte stelnar vid samma temperatur som en ren. Ovanstående är känd som fryspunkt droppe. För att jämföra stelningspunkterna för ett ämne är det nödvändigt att använda den som är så ren som möjligt.
Detsamma kan dock inte tillämpas på lösningar, vilket är fallet med metalllegeringar. För att jämföra deras stelningspunkter måste blandningar med samma massproportioner övervägas; det vill säga med identiska koncentrationer av dess komponenter.
Visst är stelningspunkten av stort vetenskapligt och tekniskt intresse med avseende på legeringar och andra varianter av material. Detta beror på att genom att kontrollera tiden och hur de kyls, kan några önskvärda fysiska egenskaper erhållas eller de som är olämpliga för en viss applikation kan undvikas..
Av denna anledning är förståelsen och studien av detta koncept av stor betydelse inom metallurgi och mineralogi, liksom i all annan vetenskap som förtjänar att tillverka och karakterisera ett material..
Teoretiskt bör Tc vara lika med temperaturen eller smältpunkten (Tf). Detta gäller dock inte alltid för alla ämnen. Huvudskälet är att det vid första anblicken är lättare att förstöra molekylerna i det fasta ämnet än att beställa vätskans..
Följaktligen är det föredraget i praktiken att använda Tf för att kvalitativt mäta renheten hos en förening. Till exempel, om en förening X har många föroreningar, kommer dess Tf att vara mer avlägsen från ren X jämfört med en annan med högre renhet..
Som hittills har sagts fortsätter stelningen till kristallisation. Vissa ämnen, med tanke på deras molekylers natur och deras interaktioner, kräver mycket låga temperaturer och höga tryck för att stelna..
Till exempel erhålls flytande kväve vid temperaturer under -196 ° C. För att stelna det skulle det vara nödvändigt att kyla det ännu mer, eller öka trycket på det, vilket tvingar N-molekylernatvå att grupperas för att skapa kristalliseringskärnor.
Detsamma kan övervägas för andra gaser: syre, argon, fluor, neon, helium; och för det mest extrema av alla, väte, vars fasta fas har väckt stort intresse för dess möjliga aldrig tidigare skådade egenskaper.
Å andra sidan är det mest kända fallet torris, vilket är inget annat än COtvå vars vita ångor beror på dess sublimering till atmosfärstryck. Dessa har använts för att återskapa dis på scenen..
För att en förening ska stelna beror den inte bara på Tc utan också på tryck och andra variabler. Ju mindre molekylerna (Htvå) och ju svagare deras interaktioner är, desto svårare blir det att få dem att gå till solid state.
Vätskan, oavsett om det är ett ämne eller en blandning, börjar frysa vid temperaturen vid stelningspunkten. Men under vissa förhållanden (såsom hög renhet, långsam kyltid eller en mycket energisk miljö) kan vätskan tåla lägre temperaturer utan att frysa. Detta kallas superkylning..
Det finns fortfarande ingen absolut förklaring av fenomenet, men teorin stöder att alla de variabler som förhindrar tillväxten av kristalliseringskärnorna främjar superkylning..
Varför? Eftersom från kärnorna bildas stora kristaller efter att molekyler från omgivningen har lagts till dem. Om denna process är begränsad, även om temperaturen är under Tc, kommer vätskan att förbli oförändrad, som händer med de små dropparna som utgör och gör molnen synliga på himlen..
Alla superkylda vätskor är metastabila, det vill säga de är känsliga för minsta yttre störning. Till exempel, om en liten bit is läggs till dem eller skakas lite, fryser de omedelbart, vilket är ett roligt och enkelt experiment att utföra..
-Även om det inte är ett fast ämne i sig är gelatin ett exempel på en process för stelning genom kylning.
-Smält glas används för att skapa och designa många objekt som efter kylning behåller sina slutdefinierade former.
-Precis som bubblan frös vid kontakt med snö kan en läskflaska genomgå samma process; och om den är underkyld, kommer frysningen att bli omedelbar.
-När lava kommer ut från vulkaner som täcker deras kanter eller jordytan stelnar den när den tappar temperaturen tills den blir vulkanisk sten..
-Ägg och kakor stelnar med en temperaturökning. På samma sätt gör nässlemhinnan det men på grund av uttorkning. Ett annat exempel finns också i färg eller lim.
Det bör emellertid noteras att stelning inte förekommer i de senare fallen som en produkt av kylning. Därför betyder det faktum att en vätska stelnar inte nödvändigtvis att den fryser (den sänker inte temperaturen märkbart); men när en vätska fryser hamnar den.
Andra:
- Omvandlingen av vatten till is: detta inträffar vid 0 ° C och producerar is, snö eller glaciärbitar.
- Ljusvax som smälter med lågan och stelnar igen.
- Frysning av mat för konservering: i detta fall är vattenmolekylerna i cellerna i kött eller grönsaker frysta..
- Glasblåsning: detta smälts till form och stelnar sedan.
- Glasstillverkning: de är vanligtvis mejeriprodukter som stelnar.
- Vid erhållande av karamell, som är smält och stelnat socker.
- Smör och margarin är fettsyror i fast tillstånd.
- Metallurgi: vid tillverkning av göt eller balkar eller strukturer av vissa metaller.
- Cement är en blandning av kalksten och lera som, när den blandas med vatten, har egenskapen att härda.
- Vid tillverkning av choklad blandas kakaopulver med vatten och mjölk, som när det torkas stelnar.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.