Stollingspunt stolling en voorbeelden

1372
Charles McCarthy
Stollingspunt stolling en voorbeelden

De stolling is de verandering die een vloeistof ondergaat wanneer deze naar de vaste fase gaat. De vloeistof kan een pure substantie zijn of een mengsel. Evenzo kan de verandering te wijten zijn aan een temperatuurdaling of als gevolg van een chemische reactie..

Hoe is dit fenomeen te verklaren? Visueel begint de vloeistof versteend of verhard te worden, tot het punt dat hij niet meer vrij kan stromen. Stolling bestaat echter in feite uit een reeks stappen die plaatsvinden op microscopische schaal..

Bron: Pixabay

Een voorbeeld van stollen is een vloeibare bel die bevriest. In de afbeelding hierboven kun je zien hoe een luchtbel bevriest bij contact met sneeuw. Welk deel van de bubbel begint te stollen? Degene die in direct contact staat met de sneeuw. De sneeuw werkt als een drager waarop de moleculen van de bel kunnen worden ondergebracht..

Stolling wordt snel geactiveerd vanaf de onderkant van de bel. Dit is te zien aan de "geglazuurde dennen" die zich uitstrekken over het gehele oppervlak. Deze dennen weerspiegelen de groei van kristallen, die niets meer zijn dan geordende en symmetrische rangschikkingen van moleculen.

Om stolling te laten optreden is het noodzakelijk dat de deeltjes van de vloeistof zodanig gerangschikt kunnen worden dat ze met elkaar in wisselwerking staan. Deze interacties worden sterker naarmate de temperatuur daalt, wat de moleculaire kinetiek beïnvloedt; dat wil zeggen, ze vertragen 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 versnelt dit proces. Zodra de vloeistof is gekristalliseerd, wordt gezegd dat deze is gestold of bevroren.

Artikel index

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

Stollingsenthalpie

Niet alle stoffen stollen bij dezelfde temperatuur (of onder dezelfde behandeling). Sommige "bevriezen" zelfs boven kamertemperatuur, zoals bij hoogsmeltende vaste stoffen. Dit hangt af van het soort deeltjes waaruit de vaste stof of vloeistof bestaat..

In de vaste stof werken ze sterk samen en blijven ze vibreren op vaste posities in de ruimte, zonder bewegingsvrijheid en met een bepaald volume, terwijl ze in de vloeistof het vermogen hebben om te bewegen als talloze lagen die over elkaar bewegen en het volume van de container die het bevat.

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

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

Waarom blijft de temperatuur constant tijdens het stollen??

Op een gegeven moment begint de vloeistof te bevriezen en geeft de thermometer een temperatuur T aan. Zolang het niet helemaal gestold is, blijft T constant. Omdat ΔHc een negatief teken heeft, bestaat het uit een exotherm proces waarbij warmte vrijkomt.

Daarom zal de thermometer de warmte aflezen die door de vloeistof wordt afgegeven tijdens de faseverandering, waardoor de opgelegde temperatuurdaling wordt tegengegaan. Bijvoorbeeld als de container met de vloeistof in een ijsbad wordt geplaatst. De T neemt dus 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 die 1 mol vloeistof of 1 g nodig heeft om te kunnen koelen of stollen.

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

Stollingspunt

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

Zuiverheid is ook een belangrijke variabele, aangezien een onzuivere vaste stof niet stolt bij dezelfde temperatuur als een zuivere vaste stof. Het bovenstaande staat bekend als daling van het vriespunt. Om de stollingspunten van een stof te vergelijken, is het noodzakelijk om als referentie degene te gebruiken die zo zuiver mogelijk is.

Hetzelfde geldt echter niet voor oplossingen, zoals het geval is bij metaallegeringen. Om hun stollingspunten te vergelijken, moeten mengsels met dezelfde massaverhoudingen worden overwogen; dat wil zeggen, met identieke concentraties van zijn componenten.

Het stolpunt is zeker van groot wetenschappelijk en technologisch belang met betrekking tot legeringen en andere soorten materialen. Dit komt doordat, door de tijd en de manier waarop ze worden afgekoeld, bepaalde gewenste fysische eigenschappen kunnen worden verkregen of die ongeschikt voor een bepaalde toepassing kunnen worden vermeden..

Om deze reden is het begrijpen en bestuderen van dit concept van groot belang in de metallurgie en mineralogie, evenals in elke andere wetenschap die het verdient om een ​​materiaal te vervaardigen en te karakteriseren..

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 verknoeien dan om die van de vloeistof te bestellen..

Daarom verdient het in de praktijk de voorkeur om Tf te gebruiken om de zuiverheid van een verbinding kwalitatief te meten. Als een verbinding X bijvoorbeeld veel onzuiverheden heeft, zal de Tf ervan verder verwijderd zijn van die van zuivere X in vergelijking met een andere met een hogere zuiverheid..

Moleculaire ordening

Zoals tot dusver is gezegd, gaat het stollen over tot kristallisatie. Sommige stoffen hebben, gezien de aard van hun moleculen en hun interacties, zeer lage temperaturen en hoge drukken nodig om te stollen..

Vloeibare stikstof wordt bijvoorbeeld verkregen bij temperaturen onder -196ºC. Om het te laten stollen, zou het nodig zijn om het nog meer te koelen of de druk erop te verhogen, waardoor de N-moleculen worden gedwongentwee om te worden gegroepeerd om kristallisatiekernen te creëren.

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

Aan de andere kant is het bekendste geval droog ijs, wat niets meer is dan COtwee waarvan de witte dampen zijn te wijten aan de sublimatie aan atmosferische druk. Deze zijn gebruikt om waas op het podium te creëren..

Om een ​​verbinding te laten stollen, is deze niet alleen afhankelijk van Tc, maar ook van druk en andere variabelen. Hoe kleiner de moleculen (H.twee) en hoe zwakker hun interacties, hoe moeilijker het zal zijn om ze naar de vaste toestand te krijgen.

Onderkoeling

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

Er is nog geen absolute verklaring voor het fenomeen, maar de theorie ondersteunt dat al die variabelen die de groei van de kristallisatiekernen verhinderen, onderkoeling bevorderen..

Waarom? Omdat uit de kernen grote kristallen worden gevormd door er moleculen uit de omgeving aan toe te voegen. Als dit proces wordt beperkt, zelfs als de temperatuur lager is dan Tc, blijft de vloeistof ongewijzigd, zoals gebeurt met de kleine druppeltjes waaruit de wolken bestaan ​​en die zichtbaar maken in de lucht..

Alle onderkoelde vloeistoffen zijn metastabiel, dat wil zeggen dat ze vatbaar zijn voor de minste externe verstoring. Als er bijvoorbeeld een klein stukje ijs aan wordt toegevoegd of een beetje wordt geschud, zullen ze onmiddellijk bevriezen, wat een leuk en gemakkelijk experiment is om uit te voeren..

Voorbeelden van stolling

-Hoewel het zelf geen vaste stof is, is gelatine een voorbeeld van een proces van stollen door afkoeling.

-Gesmolten glas wordt gebruikt om veel objecten te maken en te ontwerpen, die na afkoeling hun uiteindelijke gedefinieerde vorm behouden.

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

-Wanneer lava uit vulkanen tevoorschijn komt die hun randen of het aardoppervlak bedekken, stolt het wanneer het temperatuur verliest, totdat het stollingsgesteente wordt.

-Eieren en cakes stollen naarmate de temperatuur stijgt. Evenzo doet het neusslijmvlies het, maar vanwege uitdroging. Een ander voorbeeld is ook te vinden in verf of lijmen.

Opgemerkt moet echter worden dat stolling in de laatste gevallen niet optreedt als een product van afkoeling. Daarom betekent het feit dat een vloeistof stolt niet noodzakelijk dat het bevriest (het verlaagt de temperatuur niet merkbaar); maar als een vloeistof bevriest, stolt het.

Anderen:

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

- Kaarsvet dat smelt met de vlam en weer stolt.

- Het invriezen van voedsel om het te bewaren: in dit geval worden de watermoleculen in de cellen van vlees of groenten ingevroren..

- Glasblazen: dit wordt in vorm gesmolten en stolt vervolgens.

- De vervaardiging van ijs: het zijn meestal zuivelproducten die stollen.

- Bij het verkrijgen van karamel, die gesmolten en gestolde suiker is.

- Boter en margarine zijn vetzuren in vaste vorm.

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

- Cement is een mengsel van kalksteen en klei dat, gemengd met water, de eigenschap heeft om uit te harden.

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

Referenties

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

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.