STELNING: STELNINGSPUNKT OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den steln är en vätska som undergår förändring när det passerar till den fasta fasen. Vätskan kan vara en ren substans eller en blandning. På samma sätt kan förändringen bero på ett temperaturfall eller som ett resultat av en kemisk reaktion.

Hur kan detta fenomen förklaras? Visuellt börjar vätskan bli förstenad eller härdad, så att den slutar rinna fritt. Förstärkning består emellertid faktiskt av en serie steg som sker på mikroskopiska skalor.

Källa: Pixabay

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 direkt kontakt med snön. Snön fungerar som ett stöd på vilket bubblans molekyler kan sätta sig.

Stelning utlösas snabbt från bubblans botten. 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 äga rum 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 molekylkinetiken; det vill säga de saknar ner och blir en del av kristallen.

Denna process kallas kristallisation, och närvaron av en kärna (små aggregat av partiklar) och en bärare påskyndar denna process. När vätskan har kristalliserats sägs den sedan ha stelnat eller fryst.

Stelnande entalpi

Inte alla ämnen stelnar vid samma temperatur (eller under samma behandling). En del "fryser" över rumstemperatur, såsom högsmältande fasta ämnen. Detta beror på typen av partiklar som utgör det fasta eller det flytande.

I det fasta materialet samverkar 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 så många lager som rör sig över varandra och upptar volymen hos behållare som innehåller den.

Det fasta materialet kräver termisk energi för att passera till vätskefasen; med andra ord, den behöver värme. Den får värme från omgivningen, och den minsta mängden den tar upp för att generera den första droppen vätska kallas latent fusionsvärme (ΔHf).

Å andra sidan måste vätskan frigöra värme till omgivningen för att beställa dess molekyler och kristallisera till den fasta fasen. Värmen som frigörs är sedan det latenta värdet för stelning eller frysning (ΔHc). Både ΔHf och ΔHc är lika stora men med motsatta riktningar; den första har ett positivt tecken, och det andra ett negativt tecken.

Varför förblir temperaturen konstant i stelning?

Vid en viss tidpunkt börjar vätskan frysa, och termometern läser en temperatur T. Så länge vätskan inte har stelnat fullständigt, 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 fasbyte, motverkar det pålagda temperaturfallet. Om till exempel behållaren som innehåller vätskan läggs i ett isbad. Således minskar T inte förrän stelningen är fullständigt fullständig.

Vilka enheter åtföljer dessa värmemätningar? Vanligtvis kJ / mol eller J / g. Dessa tolkas på följande sätt: kJ eller J är den mängd värme som krävs av 1 mol vätska eller 1 g för att kunna svalna eller stelna.

För vatten, till exempel, är ΔHc lika med 6,02 kJ / mol. Det vill säga, 1 mol rent vatten behöver avge 6,02 kJ värme för att frysa, och det här värmen är det som håller temperaturen konstant i processen. På liknande sätt behöver 1 mol is absorbera 6,02 kJ värme för att smälta.

Stelningspunkt

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 ett orent fast ämne inte stelnar vid samma temperatur som en ren. Detta kallas att sänka fryspunkten. För att jämföra ett ämnes stelningspunkter är det nödvändigt att använda som referens den som är så ren som möjligt.

Dock kan inte samma tillämpas på lösningar, som för metalllegeringar. För att jämföra deras stelningspunkter måste blandningar med lika massproportioner beaktas. det vill säga med identiska koncentrationer av dess komponenter.

Visningsvis är stelningspunkten av stort vetenskapligt och teknologiskt intresse när det gäller legeringar och andra materialsorter. Detta beror på att, genom att kontrollera tiden och hur de kyls, kan vissa önskvärda fysiska egenskaper erhållas eller de som är olämpliga för en given 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.

Stelning och smältpunkt

Teoretiskt sett bör Tc vara lika med temperaturen eller smältpunkten (Tf). Detta gäller dock inte alltid för alla ämnen. Det främsta skälet är att det vid första anblicken är lättare att krossa de fasta molekylerna än att beställa de flytande.

Följaktligen är det föredraget i praktiken att använda Tf för att kvalitativt mäta renhet hos en förening. Till exempel, om en förening X har många föroreningar, kommer dess Tf att vara mer avlägsen från den för ren X jämfört med en med högre renhet.

Molekylär beställning

Såsom har sagts hittills fortsätter stelningen till kristallisation. Vissa ämnen, med tanke på arten av deras molekyler och deras interaktioner, kräver mycket låga temperaturer och högt tryck för att kunna stelna.

Till exempel erhålles flytande kväve vid temperaturer under -196 ° C. Att stelna det, skulle det vara nödvändigt att kyla det ännu mer, eller öka trycket på den, vilket således tvingar de N ₂ molekyler att klumpa ihop för att skapa kristallisationskärnor.

Detsamma kan beaktas för andra gaser: syre, argon, fluor, neon, helium; och för det mest extrema av allt, väte, vars fasta fas har väckt stort intresse för dess möjliga enastående egenskaper.

Å andra sidan är det mest kända fallet torris, som inte är mer än CO _2, vars vita ångor beror på dess sublimering till atmosfärstrycket. Dessa har använts för att återskapa dis på scenen.

För att en förening ska stelna beror det inte bara på Tc, utan också på tryck och andra variabler. De mindre molekylerna (H ₂ ) och de svagare deras interaktioner, desto svårare blir det att få dem till det fasta tillståndet.

kylning

Vätskan, oavsett om det är ett ämne eller en blandning, börjar frysa vid temperaturen vid stelningspunkten. Under vissa förhållanden (såsom hög renhet, långsam kylningstid eller en mycket energisk miljö) tål vätskan emellertid lägre temperaturer utan att frysa. Detta kallas superkylning.

Det finns fortfarande ingen absolut förklaring till fenomenet, men teorin stöder att alla de variabler som förhindrar tillväxten av kristallisationskärnorna främjar superkylning.

Varför? Eftersom från kärnorna bildas stora kristaller efter att molekyler från omgivningen tillförts 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 moln synliga på himlen.

Alla superkylda vätskor är metastabla, det vill säga de är mottagliga för den minsta yttre störningen. Om du till exempel lägger till en liten bit is till dem eller skakar dem lite fryser de omedelbart, vilket är ett roligt och enkelt experiment att utföra.

Exempel på stelning

-Även om det inte är ett fast ämne i sig är gelatin ett exempel på en stelningsprocess genom kylning.

-Kondenserat glas används för att skapa och designa många föremål, som efter kylning behåller sina slutdefinierade former.

-Bara när bubblan frös vid kontakt med snö kan en läskflaska genomgå samma process; och om det är superkylt kommer dess frysning att bli direkt.

-När lavan kommer ut från vulkanerna som täcker sina kanter eller jordytan stelnar den när den tappar temperaturen tills den blir stolliga bergarter.

- Ägg och kakor stelnar med en temperaturökning. Likaså gör nässlemhinnan det men på grund av uttorkning. Ett annat exempel finns också i färg eller lim.

Det bör emellertid noteras att stelning inte sker 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 sin temperatur märkbart); men när en vätska fryser, slutar den att stelna.

Övrigt:

- Omvandlingen av vatten till is: detta sker vid 0 ° C och producerar is-, snö- eller isbitar.

- Ljusvaxet som smälter med lågan och stelnar igen.

- Frysa mat för att bevara det: i detta fall fryses vattenmolekylerna i cellerna i kött eller grönsaker.

- Glasblåsning: detta smälter för att ge det form och stelnar sedan.

- Tillverkning av glass: de är i allmänhet mejeri som stelnar.

- Att få 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 den torkas stelnar.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Frysning. Hämtad från: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16 maj 2008). Stelning. . Hämtad från: infohost.nmt.edu/
4. Fusion och stelning. Hämtad från: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Stelning av en smälta. Hämtad från: itc.gsw.edu/
6. Experimentell förklaring av superkylning: varför vatten inte fryser i molnen. Hämtad från: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). Solidifieringsdefinition och exempel. Hämtad från: thoughtco.com