De fusie is de verandering van toestand van vast naar vloeibaar voor een stof binnen een temperatuurbereik. Als de stof een hoge zuiverheidsgraad heeft, komt het bereik overeen met een bepaalde temperatuur: het smeltpunt. En wanneer er een bepaalde mate van onzuiverheden is, wordt het smeltpunt weergegeven door een bereik (bijvoorbeeld 120-122 ° C).
Het is een van de meest voorkomende fysische processen in de natuur. Vaste stoffen absorberen warmte en verhogen hun temperatuur totdat de eerste druppels vloeistof beginnen te vormen. Daarna volgen andere druppels de eerste, en zolang de vaste stof niet is gesmolten, blijft de temperatuur constant..
Waarom? Omdat alle warmte wordt verbruikt om meer vloeistof te produceren, in plaats van de laatste te verwarmen. Daarom hebben de vaste stof en de vloeistof dezelfde temperatuur en bestaan ze naast elkaar in evenwicht. Als de warmtetoevoer constant is, verschuift het evenwicht naar de volledige vorming van vloeistof.
Om deze reden zal, wanneer een ijsstalactiet in de lente begint te smelten, zodra de verandering van toestand is begonnen, deze niet eindigen voordat hij is omgezet in vloeibaar water. In de afbeelding hierboven is te zien dat zelfs sommige ijskristallen in een hangende druppel drijven.
Het bepalen van het smeltpunt van een onbekende stof is een uitstekende test om het te identificeren (zolang het maar niet veel onzuiverheden bevat).
Het laat ook zien hoe sterk de interacties zijn tussen de moleculen waaruit de vaste stof bestaat; naarmate het smelt bij hogere temperaturen, zullen de intermoleculaire krachten sterker zijn.
Artikel index
Fusie bestaat uit een verandering van toestand van vast naar vloeibaar. De moleculen of atomen in de vloeistof hebben een hogere gemiddelde energie als ze met hogere snelheden bewegen, trillen en roteren. Dit creëert als gevolg een toename van de intermoleculaire ruimte en dus een toename van het volume (hoewel dit niet het geval is met water).
Net als in de vaste stof zijn de moleculen compacter, missen ze bewegingsvrijheid en hebben ze een lagere gemiddelde energie. Om de overgang van vaste stof naar vloeistof te laten plaatsvinden, moeten de moleculen of atomen van de vaste stof met hogere snelheden trillen door warmte te absorberen..
Terwijl het trilt, scheidt een reeks moleculen zich die samenkomen om de eerste druppel te vormen. En dus is fusie niets meer dan het smelten van de vaste stof veroorzaakt door het effect van warmte. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de vaste stof zal smelten.
In het bijzonder kan fusie leiden tot de vorming van tunnels en poriën in de vaste stof. Dit kan worden aangetoond door middel van een speciaal experiment voor kinderen.
Smelten verwijst naar het door warmte smelten van een stof of mengsel. De term is echter ook gebruikt om te verwijzen naar het smelten van andere stoffen die niet strikt als vaste stoffen worden geclassificeerd: emulsies.
Het ideale voorbeeld is ijs. Het zijn emulsies van bevroren water (en in sommige gevallen gekristalliseerd), met lucht en vetten (melk, room, cacao, boter, enz.).
Het ijs smelt of smelt omdat het ijs het smeltpunt overschrijdt, de lucht begint te ontsnappen en de vloeistof de rest van zijn componenten sleept.
De chemie van ijs is buitengewoon complex en vertegenwoordigt een punt van interesse en nieuwsgierigheid bij het beschouwen van de definitie van fusie.
Met betrekking tot andere vaste mengsels kan men voor analytische doeleinden niet goed spreken van een smeltpunt; dat wil zeggen, het is geen doorslaggevend criterium voor het identificeren van een of meer stoffen. In een mengsel, als een component smelt, kunnen de andere oplossen in de vloeistoffase, die diagonaal tegenovergesteld is aan een fusie..
Een vast ijs-suiker-zoutmengsel smelt bijvoorbeeld volledig zodra het ijs begint te smelten. Omdat suiker en zout zeer goed oplosbaar zijn in water, zal het ze oplossen, maar dit betekent niet dat de suiker en het zout zijn gesmolten..
Enkele veelvoorkomende voorbeelden van fusie zijn te vinden in de keuken. Boters, chocolaatjes, kauwgom en andere zoetigheden smelten als ze directe zonnewarmte krijgen of als ze worden ingesloten in hete ruimtes. Sommige snoepjes, zoals marshmallows, worden opzettelijk gesmolten om optimaal van hun smaken te kunnen genieten.
In veel recepten staat dat een of meer ingrediënten eerst moeten worden gesmolten voordat ze worden toegevoegd. Kazen, vetten en honing (zeer stroperig) behoren ook tot deze ingrediënten.
Om bepaalde ruimtes en objecten te versieren, worden metalen, glas en keramiek met verschillende ontwerpen gebruikt. Deze versieringen zijn te zien op het terras van een gebouw, in het glas en de mozaïeken van sommige muren, of in de items die te koop zijn in juweliers.
Ze zijn allemaal gemaakt van materialen die smelten bij zeer hoge temperaturen, dus ze moeten eerst worden gesmolten of verzacht om ze te kunnen bewerken en de gewenste vormen te geven..
Het is dan hier dat gloeiend ijzer wordt bewerkt, zoals smeden doen bij het vervaardigen van wapens, gereedschappen en andere voorwerpen. Evenzo maakt fusie het mogelijk om legeringen te verkrijgen door twee of meer metalen in verschillende massaverhoudingen te lassen..
Van gesmolten glas kun je decoratieve figuren maken zoals paarden, zwanen, mannen en vrouwen, reissouvenirs, etc..
De belangrijkste voorbeelden van smelten in de natuur zijn te zien in het smelten van ijsbergen; in lava, een mengsel van rotsen gesmolten door de intense hitte in vulkanen; en in de aardkorst, waar de aanwezigheid van vloeibare metalen overheerst, vooral ijzer.
Hieronder vindt u een aantal veel voorkomende stoffen met hun respectievelijke smeltpunten:
-IJs, 0ºC
-Paraffine, 65,6 ° C
-Chocolaatjes, 15,6-36,1ºC (merk op dat het een temperatuurbereik is, want er zijn chocolaatjes die smelten bij lagere of hogere temperaturen)
-Palmitinezuur, 63ºC
-Agar, 85ºC
-Fosfor, 44ºC
-Aluminium, 658ºC
-Calcium, 851 ° C
-Goud, 1083ºC
-Koper, 1083ºC
-IJzer, 1530ºC
-Kwik, -39ºC (het is vloeibaar bij kamertemperatuur)
-Methaangas, -182ºC
-Ethanol, -117ºC
-Grafietkoolstof, 4073ºC
-Diamantkool, 4096ºC
Zoals te zien is, hebben metalen, vanwege hun metaalbindingen, over het algemeen de hoogste smeltpunten. Koolstof overtreft ze echter ondanks covalente bindingen, maar met zeer stabiele moleculaire arrangementen.
Kleine, apolaire moleculen, zoals methaangas en ethanol, werken niet sterk genoeg samen om vast te blijven bij kamertemperatuur.
Van de rest kan de sterkte van intermoleculaire interacties in de vaste stof worden afgeleid door het smeltpunt te meten. Een vaste stof die bestand is tegen verzengende temperaturen, moet een zeer stabiele structuur hebben.
In het algemeen hebben niet-polaire covalente vaste stoffen lagere smeltpunten dan polaire, ionische en metallische covalente vaste stoffen.
Dit is misschien wel een van de meest artistieke en eenvoudige experimenten om fusie aan kinderen uit te leggen. Jij hebt nodig:
-Sommige borden, zodanig dat wanneer het water erin bevriest, ze koepels vormen
-Een grote bak om een oppervlak te garanderen waar ijs kan smelten zonder schade aan te richten
-Zout (misschien wel de goedkoopste op de markt)
-Plantaardige kleurstoffen en een druppelaar of lepel om ze toe te voegen
Nadat de ijskoepels zijn verkregen en op de schaal zijn geplaatst, wordt een relatief kleine hoeveelheid zout aan hun oppervlak toegevoegd. Alleen al het contact van het zout met het ijs veroorzaakt waterstromen die de bak nat maken.
Dit komt doordat ijs een hoge affiniteit heeft voor zout, en er een oplossing ontstaat waarvan het smeltpunt lager is dan dat van ijs..
Een paar druppels kleurstof worden vervolgens aan de koepels toegevoegd. De kleur zal de tunnels van de koepel en al zijn poriën doordringen, als de eerste gevolgen van het smelten. Het resultaat is een carnaval van kleuren gevangen in het ijs.
Ten slotte worden de kleurstoffen in het bakje met het water gemengd, waardoor de kleine toeschouwers nog een visueel spektakel krijgen..
Binnen een temperatuur gecontroleerde kast kunnen een aantal stoffen in hittebestendige containers worden geplaatst. Het doel van dit experiment is om tieners te laten zien dat elke stof zijn eigen smeltpunt heeft..
Welke stoffen kunnen worden gekozen? Logischerwijs kunnen er geen metalen of zouten in de kast komen, aangezien ze smelten bij temperaturen boven 500ºC (de kast zou smelten).
Daarom kunnen uit de lijst met stoffen stoffen worden gekozen die niet hoger zijn dan 100 ° C, bijvoorbeeld: kwik (ervan uitgaande dat de kast kan worden gekoeld tot onder -40 ° C), ijs, chocolade, paraffine en palmitinezuur.
Tieners (en ook kinderen) zagen hoe kwik in een metaalachtige zwarte vloeistof veranderde; en dan het smelten van het witte ijs, de chocoladerepen, het palmitinezuur en tenslotte de petroleumkaars.
Om uit te leggen waarom paraffine smelt bij hogere temperaturen dan chocolade, zal het nodig zijn om de structuren ervan te analyseren.
Als zowel paraffine als palmitinezuur organische verbindingen zijn, moet de eerste bestaan uit een zwaarder molecuul of een meer polair molecuul (of beide tegelijk). Het uitleggen van dergelijke observaties zou als huiswerk voor de studenten kunnen worden overgelaten..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.