KATILAŞMA: KATILAŞMA NOKTASI VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Katılaşma sırasında değiştiren bir sıvı olduğu da katı faza geçer. Sıvı, saf bir madde veya bir karışım olabilir. Benzer şekilde, değişiklik sıcaklıktaki bir düşüşten veya bir kimyasal reaksiyonun sonucu olabilir.

Bu fenomen nasıl açıklanabilir? Görsel olarak sıvı, serbestçe akmayı bıraktığı noktaya kadar taşlaşmaya veya sertleşmeye başlar. Bununla birlikte, katılaşma aslında mikroskobik ölçeklerde meydana gelen bir dizi adımdan oluşur.

Kaynak: Pixabay

Katılaşmaya bir örnek, donan sıvı bir baloncuktur. Yukarıdaki resimde bir balonun karla temas ettiğinde nasıl donduğunu görebilirsiniz. Baloncuğun katılaşmaya başlayan kısmı nedir? Karla doğrudan temas halinde olan. Kar, kabarcık moleküllerinin yerleşebileceği bir destek görevi görür.

Katılaşma, balonun dibinden hızla tetiklenir. Bu, tüm yüzeyi kaplayacak şekilde uzanan "sırlı çamlarda" görülebilir. Bu çamlar, moleküllerin düzenli ve simetrik düzenlemelerinden başka bir şey olmayan kristallerin büyümesini yansıtır.

Katılaşmanın meydana gelmesi için, sıvı parçacıklarının birbirleriyle etkileşime girecek şekilde düzenlenebilmesi gerekir. Sıcaklık düştükçe bu etkileşimler güçlenir ve bu da moleküler kinetiği etkiler; yani yavaşlarlar ve kristalin parçası olurlar.

Bu süreç kristalleşme olarak bilinir ve bir çekirdek (küçük parçacık kümeleri) ve bir desteğin varlığı bu süreci hızlandırır. Sıvı kristalleştikten sonra katılaştığı veya donduğu söylenir.

Katılaşma entalpi

Tüm maddeler aynı sıcaklıkta (veya aynı işlem altında) katılaşmaz. Hatta bazıları, yüksek erime noktalı katılar gibi oda sıcaklığının üzerinde "donar". Bu, katıyı veya sıvıyı oluşturan parçacıkların türüne bağlıdır.

Katıda, bunlar güçlü bir şekilde etkileşime girer ve uzayda sabit konumlarda, hareket özgürlüğü olmadan ve belirli bir hacimde titreşmeye devam ederken, sıvıda, birbiri üzerinde hareket eden çok sayıda katman olarak hareket etme kabiliyetine sahiptirler. onu içeren konteyner.

Katı, sıvı faza geçmek için termal enerjiye ihtiyaç duyar; başka bir deyişle ısıya ihtiyacı var. Çevresinden ısı alır ve ilk sıvı damlasını oluşturmak için emdiği en küçük miktar, gizli füzyon ısısı (ΔHf) olarak bilinir.

Öte yandan sıvının, moleküllerini düzenleyebilmesi ve katı faza kristalleşmesi için çevresine ısı salması gerekir. Açığa çıkan ısı daha sonra katılaşma veya donmanın gizli ısısıdır (ΔHc). Hem ΔHf hem de ΔHc büyüklük olarak eşittir ancak zıt yönlere sahiptir; ilki pozitif, ikincisi ise negatiftir.

Katılaşmada sıcaklık neden sabit kalıyor?

Belirli bir noktada sıvı donmaya başlar ve termometre bir T sıcaklığı gösterir. Sıvı tamamen katılaşmadığı sürece T sabit kalır. ΔHc negatif bir işarete sahip olduğundan, ısı açığa çıkaran ekzotermik bir süreçten oluşur.

Bu nedenle, termometre, faz değişimi sırasında sıvının verdiği ısıyı okuyarak, uygulanan sıcaklık düşüşüne karşı koyacaktır. Örneğin, sıvıyı içeren kap bir buz banyosuna konulursa. Böylece, katılaşma tamamen tamamlanıncaya kadar T azalmaz.

Bu ısı ölçümlerine hangi birimler eşlik ediyor? Genellikle kJ / mol veya J / g. Bunlar şu şekilde yorumlanır: kJ veya J, 1 mol sıvının veya 1 g'ın soğuyabilmesi veya katılaşabilmesi için gereken ısı miktarıdır.

Su durumunda, örneğin, ΔHc 6.02 kJ / mol'e eşittir. Yani, 1 mol saf suyun donması için 6.02 kJ ısı vermesi gerekir ve bu ısı, proseste sıcaklığı sabit tutan şeydir. Benzer şekilde, 1 mol buzun erimesi için 6.02 kJ ısıyı emmesi gerekir.

Katılaşma noktası

İşlemin gerçekleştiği tam sıcaklık, katılaşma noktası (Tc) olarak bilinir. Bu, tüm maddelerde moleküller arası etkileşimlerinin katı içinde ne kadar güçlü olduğuna bağlı olarak değişir.

Saf olmayan bir katı, saf katı ile aynı sıcaklıkta katılaşmadığı için saflık da önemli bir değişkendir. Bu, donma noktasının düşürülmesi olarak bilinir. Bir maddenin katılaşma noktalarını karşılaştırmak için, mümkün olduğunca saf olanı referans olarak kullanmak gerekir.

Bununla birlikte, metal alaşımlarında olduğu gibi, aynı şey çözeltilere uygulanamaz. Katılaşma noktalarını karşılaştırmak için, eşit kütle oranlarına sahip karışımlar dikkate alınmalıdır; yani, bileşenlerinin aynı konsantrasyonları ile.

Elbette, katılaşma noktası alaşımlar ve diğer malzeme çeşitleri ile ilgili olarak büyük bilimsel ve teknolojik ilgi çekicidir. Bunun nedeni, zamanın ve bunların nasıl soğutulduğunun kontrol edilmesiyle, istenen bazı fiziksel özelliklerin elde edilebilmesi veya belirli bir uygulama için uygun olmayanların önlenebilmesidir.

Bu nedenle, bu kavramın anlaşılması ve incelenmesi, metalurji ve mineralojide olduğu kadar, bir malzemeyi üretmeyi ve karakterize etmeyi hak eden başka herhangi bir bilim dalında da büyük önem taşır.

Katılaşma ve erime noktası

Teorik olarak Tc, sıcaklık veya erime noktasına (Tf) eşit olmalıdır. Ancak bu, tüm maddeler için her zaman geçerli değildir. Bunun ana nedeni, ilk bakışta katı molekülleri karıştırmanın sıvı olanları sipariş etmekten daha kolay olmasıdır.

Bu nedenle, bir bileşiğin saflığını kalitatif olarak ölçmek için pratikte Tf'nin kullanılması tercih edilir. Örneğin, bir X bileşiğinde çok sayıda safsızlık varsa, Tf'si daha yüksek saflığa sahip olana kıyasla saf X'inkinden daha uzak olacaktır.

Moleküler sıralama

Şimdiye kadar söylendiği gibi, katılaşma kristalleşmeye doğru ilerler. Moleküllerinin doğası ve etkileşimleri göz önüne alındığında bazı maddeler, katılaşabilmek için çok düşük sıcaklıklara ve yüksek basınçlara ihtiyaç duyar.

Örneğin, sıvı nitrojen -196ºC'nin altındaki sıcaklıklarda elde edilir. Katılaştırmak için, daha da soğutmak veya Böylece, N- zorlayarak, bunun üzerindeki baskıyı artırmak için gerekli olacaktır ₂ moleküller kristalizasyon çekirdekleri oluşturmak için bir araya gelme.

Aynısı diğer gazlar için de düşünülebilir: oksijen, argon, flor, neon, helyum; ve en uç noktası için, katı fazı olası eşi görülmemiş özellikleri nedeniyle büyük ilgi çeken hidrojen.

Öte yandan, iyi bilinen durum CO başka bir şey değildir, kuru buz, bir _2, beyaz buharı atmosferik basınçta bunun süblimasyon kaynaklanmaktadır. Bunlar sahnede pusun yeniden yaratılması için kullanıldı.

Bir bileşiğin katılaşması için sadece Tc'ye değil, aynı zamanda basınca ve diğer değişkenlere de bağlıdır. Daha küçük moleküller (H ₂ ) ve daha zayıf bunların etkileşimleri, daha zor katı halde bunları almak olacaktır.

Süper soğutma

Sıvı, ister madde ister karışım olsun, katılaşma noktasındaki sıcaklıkta donmaya başlayacaktır. Bununla birlikte, belirli koşullar altında (yüksek saflık, yavaş soğutma süresi veya çok enerjik bir ortam gibi), sıvı donmadan daha düşük sıcaklıkları tolere edebilir. Buna süper soğutma denir.

Halen fenomenin kesin bir açıklaması yoktur, ancak teori, kristalleşme çekirdeklerinin büyümesini engelleyen tüm bu değişkenlerin süper soğutmayı teşvik ettiğini desteklemektedir.

Neden? Çünkü çekirdeklerden, çevreden moleküller eklendikten sonra büyük kristaller oluşur. Bu süreç sınırlıysa, sıcaklık Tc'nin altında olsa bile, bulutları oluşturan ve gökyüzünde görünen minik damlalarda olduğu gibi sıvı değişmeden kalacaktır.

Tüm aşırı soğutulmuş sıvılar yarı kararlıdır, yani en ufak bir dış etkiye karşı hassastırlar. Örneğin, onlara küçük bir parça buz eklerseniz veya biraz sallarsanız, anında donarlar, bu da gerçekleştirmesi eğlenceli ve kolay bir deneydir.

Katılaşma örnekleri

Jelatin kendisi katı olmasa da soğutularak katılaştırma işlemine bir örnektir.

-Fused cam, soğutulduktan sonra nihai şekillerini koruyan birçok nesneyi oluşturmak ve tasarlamak için kullanılır.

- Kabarcık karla temas ettiğinde donduğu gibi, bir soda şişesi de aynı işlemden geçebilir; ve aşırı soğutulmuşsa, donması anında olacaktır.

-Lava, kenarlarını veya yeryüzünü kaplayan yanardağlardan çıktığında, ısı kaybettiğinde magmatik kayaçlar haline gelene kadar katılaşır.

-Yumurtalar ve kekler sıcaklık artışıyla katılaşır. Aynı şekilde, burun mukozası bunu yapar ancak dehidrasyon nedeniyle. Başka bir örnek de boya veya yapıştırıcılarda bulunabilir.

Bununla birlikte, ikinci durumlarda bir soğutma ürünü olarak katılaşmanın meydana gelmediğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, bir sıvının katılaşması, mutlaka donduğu anlamına gelmez (sıcaklığını önemli ölçüde düşürmez); ancak bir sıvı donduğunda katılaşır.

Diğerleri:

- Suyun buza dönüşümü: Bu, 0 ° C'de buz, kar veya buzul küpleri üretir.

- Alevle eriyen ve tekrar katılaşan mum mum.

- Gıdaların korunması için dondurulması: Bu durumda, su molekülleri et veya sebzelerin hücreleri içinde donar.

- Cam üfleme: Bu erir ve ona şekil verir ve sonra katılaşır.

- Dondurma imalatı: Genellikle katılaşan süt ürünleridir.

- Eritilmiş ve katılaşmış şeker olan karamel elde etmede.

- Tereyağı ve margarin katı haldeki yağ asitleridir.

- Metalurji: külçe veya kirişlerin veya belirli metallerin yapılarının imalatında.

- Çimento, su ile karıştırıldığında sertleşme özelliğine sahip kireçtaşı ve kil karışımıdır.

- Çikolata üretiminde kakao tozu su ve süt ile karıştırılarak kurutulduğunda katılaşır.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 448, 467.
2. Vikipedi. (2018). Dondurucu. Alınan: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16 Mayıs 2008). Katılaşma. . Alındığı kaynak: infohost.nmt.edu/
4. Füzyon ve katılaşma. Alındığı kaynak: juntadeandalucia.es
5. Carter. Bir eriyiğin katılaşması. Alındığı: itc.gsw.edu/
6. Aşırı soğutmanın deneysel açıklaması: Suyun bulutlarda neden donmadığı. Alındığı kaynak: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Haziran 2018). Katılaşma Tanımı ve Örnekler. Alındığı: thinkco.com