التصلب نقطة التصلب والأمثلة

ال ترسيخ إنه التغيير الذي يحدثه السائل عندما ينتقل إلى المرحلة الصلبة. يمكن أن يكون السائل مادة صافية أو خليط. أيضا ، قد يكون التغيير بسبب انخفاض في درجة الحرارة أو نتيجة لتفاعل كيميائي.

كيف يمكن تفسير هذه الظاهرة؟ بصريا ، يبدأ السائل في التحجر أو تصلب ، لدرجة أنه يتوقف عن التدفق بحرية. ومع ذلك ، يتكون التصلب في الواقع من سلسلة من الخطوات التي تحدث على نطاقات مجهرية.

مثال على التصلب هو فقاعة سائلة تتجمد. في الصورة أعلاه ، يمكنك رؤية كيف تتجمد الفقاعة عندما تضرب الثلج. ما هو الجزء من الفقاعة التي تبدأ في التصلب؟ ما هو على اتصال مباشر مع الثلج. يعمل الثلج كدعم يمكن من خلالها استيعاب جزيئات الفقاعة.

يتم تشغيل التصلب بسرعة من أسفل الفقاعة. يمكن ملاحظة ذلك في "الصنوبر الزجاجي" الذي يمتد ليشمل السطح بأكمله. تعكس هذه الصنوبر نمو البلورات ، والتي لا تعدو كونها ترتيبات منظمة ومتماثلة للجزيئات.

لكي يحدث التصلب ، من الضروري أن يتم ترتيب جزيئات السائل بطريقة تتفاعل مع بعضها البعض. تصبح هذه التفاعلات أقوى مع انخفاض درجة الحرارة ، مما يؤثر على الحركية الجزيئية ؛ أي أنها تصبح أبطأ وتصبح جزءًا من البلورة.

تُعرف هذه العملية باسم التبلور ، ووجود نواة (مجاميع صغيرة من الجزيئات) ودعم يسرع هذه العملية. بمجرد تبلور السائل ، يُقال إنه تجمد أو تجمد.

مؤشر

• 1 إنتالبي من التصلب
  • 1.1 لماذا تظل درجة الحرارة ثابتة في التصلب?
• 2 نقطة التجمد
  • 2.1 التصلب ونقطة الانصهار
  • 2.2 الطلب الجزيئي
• 3 فائق التبريد
• 4 أمثلة على التصلب
• 5 المراجع

إنتالبي من التصلب

ليست كل المواد صلبة في نفس درجة الحرارة (أو تحت نفس المعاملة). بعض "التجميد" حتى فوق درجة حرارة الغرفة ، كما يحدث مع المواد الصلبة مع ارتفاع درجة انصهار. هذا يعتمد على نوع الجزيئات التي تتكون منها المادة الصلبة أو السائلة.

في المادة الصلبة ، يتفاعلون بقوة ويظلون يهتزون في مواضع ثابتة للفضاء ، دون حرية الحركة وبأحجام محددة ، بينما في السائل ، لديهم القدرة على التحرك مثل الطبقات العديدة التي تتحرك فوق بعضها البعض ، ويشغلون حجم الحاوية التي تحتوي عليه.

تتطلب المادة الصلبة طاقة حرارية لتمريرها إلى الطور السائل ؛ بمعنى آخر ، يحتاج إلى الحرارة. يتم الحصول على الحرارة من المناطق المحيطة بها ، ويعرف الحد الأدنى الذي تمتصه لتوليد أول نقطة من السائل باسم الحرارة الانصهار الكامنة (ΔHf).

من ناحية أخرى ، يجب على السائل إطلاق الحرارة إلى المناطق المحيطة بها لطلب جزيئاتها وتبلور في المرحلة الصلبة. تكون الحرارة المنبعثة هي الحرارة الكامنة للتصلب أو التجمد (ΔHc). كل من ΔHf و cHc متساويان في الحجم ولكن مع اتجاهين متعاكسين ؛ الأول يحمل علامة إيجابية ، والعلامة السلبية الثانية.

لماذا تبقى درجة الحرارة ثابتة في التصلب?

في لحظة معينة يبدأ السائل في التجمد ، ويظهر مقياس الحرارة درجة حرارة T. في حين أنه لم يتصلب تمامًا ، يبقى T ثابتًا. بما أن ΔHc لها علامة سلبية ، فهي تتكون من عملية طاردة للحرارة تطلق الحرارة.

لذلك ، سوف يقرأ مقياس الحرارة الحرارة الصادرة عن السائل أثناء تغير الطور ، مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة المفروضة. على سبيل المثال ، إذا وضعت الحاوية التي تحتوي على السائل داخل حمام جليدي. وبالتالي ، لا تنخفض T حتى يكتمل التصلب بالكامل.

ما الوحدات التي تصاحب هذه القياسات للحرارة؟ عادةً kJ / mol أو J / g. يتم تفسيرها على النحو التالي: kJ أو J هي كمية الحرارة التي تتطلب 1 مول من السائل أو 1 غرام لتكون قادرة على البرودة أو التصلب.

بالنسبة لحالة الماء ، على سبيل المثال ، تساوي cHc 6.02 kJ / mol. وهذا يعني أن 1 مول من الماء النقي يحتاج إلى إطلاق 6.02 كيلو جول من الحرارة حتى يتمكن من التجميد ، وهذه الحرارة هي التي تحافظ على درجة حرارة ثابتة في العملية. وبالمثل ، يحتاج 1 مول من الجليد إلى امتصاص 6.02 كج من الحرارة حتى يذوب.

نقطة التجمد

عند درجة الحرارة الدقيقة حيث تحدث العملية ، تُعرف نقطة التصلب (Tc). هذا يختلف في جميع المواد اعتمادا على مدى قوة التفاعلات بين الجزيئات في الصلبة.

النقاء هو أيضًا متغير مهم ، لأن المادة الصلبة النجاسة لا تصلب في نفس درجة حرارة النقي. ما سبق هو المعروف باسم انخفاض نقطة التجمد. لمقارنة نقاط التصلب لمادة ما ، من الضروري أن تستخدم كمرجع ما هو نقي قدر الإمكان.

ومع ذلك ، لا يمكن تطبيق نفس الشيء على الحلول ، كما في حالة السبائك المعدنية. لمقارنة نقاط التصلب الخاصة بهم يجب اعتبارها مخاليط ذات نسب كتلة متساوية ؛ وهذا هو ، مع تركيزات مماثلة من مكوناته.

بالتأكيد ، تعتبر نقطة التصلب ذات أهمية علمية وتكنولوجية كبيرة فيما يتعلق بالسبائك وأنواع المواد الأخرى. هذا لأنه ، مع التحكم في الوقت وكيف يبرد ، يمكنك الحصول على بعض الخصائص المادية المرغوب فيها أو تجنب الخصائص غير المناسبة لتطبيق معين.

لهذا السبب ، فإن فهم ودراسة هذا المفهوم لهما أهمية كبيرة في علم المعادن وعلم المعادن ، وكذلك في أي علم آخر يستحق تصنيع المواد وتمييزها..

التصلب ونقطة الانصهار

من الناحية النظرية ، يجب أن تكون Tc مساوية لدرجة الحرارة أو نقطة الانصهار (Tf). ومع ذلك ، هذا ليس صحيحا دائما لجميع المواد. السبب الرئيسي هو أنه من النظرة الأولى ، من السهل تعطيل جزيئات المادة الصلبة بدلاً من طلب جزيئات السائل.

وبالتالي ، يفضل في الممارسة العملية اللجوء إلى Tf لقياس نقاء المركب نوعيًا. على سبيل المثال ، إذا كان للمركب X العديد من الشوائب ، فسيكون Tf الخاص به بعيدًا عن مثيله في X النقي مقارنة بأخرى ذات نقاء أعلى.

الترتيب الجزيئي

كما قيل حتى الآن ، التصلب العائدات إلى التبلور. بعض المواد ، بالنظر إلى طبيعة جزيئاتها وتفاعلاتها ، تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية وضغوط عالية لتكون قادرة على التصلب.

على سبيل المثال ، يتم الحصول على النيتروجين السائل في درجات حرارة أقل من -196 درجة مئوية. لتصلبها ، سيكون من الضروري تبريده أكثر من ذلك ، أو زيادة الضغط عليه ، وإجبار جزيئات N بهذه الطريقة.₂ تجميع معا لخلق نوى التبلور.

يمكن اعتبار الشيء نفسه بالنسبة للغازات الأخرى: الأكسجين والأرجون والفلور والنيون والهيليوم ؛ وللأكثر تطرفا ، الهيدروجين ، الذي أثارت طورته الصلبة الكثير من الاهتمام لخصائصه غير المسبوقة المحتملة.

من ناحية أخرى ، فإن أفضل حالة معروفة هي الثلج الجاف, وهو ليس أكثر من CO₂ الذي أبخرة بيضاء ويرجع ذلك إلى التسامي نفسه في الضغط الجوي. وقد استخدمت هذه لإعادة الضباب في السيناريوهات.

للحصول على مركب يصلب لا يعتمد فقط على Tc ، ولكن أيضا على الضغط والمتغيرات الأخرى. أصغر الجزيئات (H₂) وكلما كانت تفاعلاتهم أضعف ، كلما كان من الصعب إقناعهم بالانتقال إلى الحالة الصلبة.

البرودة الفائقة

يبدأ السائل بالتجميد عند درجة الحرارة عند نقطة التصلب ، إما مادة أو خليط. ومع ذلك ، في ظل ظروف معينة (مثل درجة نقاء عالية أو وقت تبريد بطيء أو بيئة حيوية للغاية) ، يمكن للسائل تحمل درجات حرارة منخفضة دون تجميد. وهذا ما يسمى التبريد الفائق.

لا يوجد تفسير مطلق لهذه الظاهرة ، لكن النظرية ترى أن كل تلك المتغيرات التي تمنع نمو نوى التبلور تعزز فرط التبريد.

لماذا؟ لأن البلورات الكبيرة تتشكل من النواة بعد إضافة الجزيئات المحيطة بها. إذا كانت هذه العملية محدودة ، حتى لو كانت درجة الحرارة أقل من Tc ، فإن السائل سيظل كما هو ، كما يحدث مع القطرات الصغيرة التي تتكون منها وتجعل السحب مرئية في السماء.

جميع السوائل فائقة البرودة قابلة للانقراض ، أي أنها عرضة لأقل اضطرابات خارجية. على سبيل المثال ، إذا أضافوا قطعة صغيرة من الجليد ، أو هزوها قليلاً ، فسوف يتجمدون على الفور ، مما يؤدي إلى تجربة مسلية وسهلة الأداء..

أمثلة التصلب

-رغم أن الجيلاتين ليس صلبًا بشكل صحيح ، فهو مثال على عملية التصلب عن طريق التبريد.

-يستخدم الزجاج المنصهر لإنشاء وتصميم العديد من الكائنات ، والتي بعد التبريد ، تحتفظ بأشكالها النهائية المحددة.

-مثلما تجمدت الفقاعة عند ملامستها للثلوج ، قد تعاني زجاجة الصودا من نفس العملية ؛ وإذا تم تبريده فائقًا ، فسيكون تجميده فوريًا.

-عندما تندلع الحمم البركانية التي تغطي حوافها أو سطح الأرض ، فإنها تصلب عندما تفقد درجة الحرارة ، حتى تتحول إلى صخور نارية..

-تجمد البيض والكعك مع زيادة في درجة الحرارة. وبالمثل ، فإن الغشاء المخاطي للأنف يفعل ولكن بسبب الجفاف. يمكن العثور على مثال آخر في الطلاء أو المواد اللاصقة.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن التصلب لا يحدث في الحالات الأخيرة نتيجة للتبريد. لذلك ، فإن حقيقة أن السائل يصلب لا يعني بالضرورة أنه يتجمد (لا يقلل درجة حرارته بشكل ملحوظ) ؛ ولكن عندما يتجمد السائل ، فإنه ينتهي التصلب.

البعض:

- تحويل الماء إلى جليد: يحدث هذا عند 0 درجة مئوية لإنتاج الثلج أو الثلج أو مكعبات الثلج.

- شمع الشمعة الذي يذوب باللهب ويتصلب مرة أخرى.

- تجميد الطعام للحفاظ عليه: في هذه الحالة يجمد جزيئات الماء داخل خلايا اللحوم أو الخضراوات.

- زجاج النفخ: يذوب في الشكل ثم يصلب.

- صناعة الآيس كريم: عادة ما تكون منتجات الألبان التي تصلب.

- في الحصول على الحلوى ، والتي يتم ذوبانها وتصلب السكر.

- الزبدة والسمن عبارة عن أحماض دهنية في الحالة الصلبة.

- المعادن: في صناعة السبائك أو الحزم أو هياكل بعض المعادن.

- الاسمنت عبارة عن مزيج من الحجر الجيري والطين الذي عندما تمتزج بالماء لديه خاصية تصلب.

- في صناعة الشوكولاتة ، يخلط مسحوق الكاكاو بالماء والحليب الذي ، عندما يجف ، يصلب.

مراجع

1. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE Learning ، ص 448 ، 467.
2. ويكيبيديا. (2018). تجميد. مأخوذة من: en.wikipedia.org
3. لورين أ. جاكوبسون. (16 مايو 2008) التصلب. [PDF]. مأخوذة من: infohost.nmt.edu/
4. الانصهار والتصلب. مأخوذة من: juntadeandalucia.es
5. الدكتور كارتر. تصلب ذوبان. مأخوذة من: itc.gsw.edu/
6. شرح تجريبي للبرودة الفائقة: لماذا لا يتجمد الماء في السحب. مأخوذة من: esrf.eu
7. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (22 يونيو 2018). تعريف التصلب والأمثلة. مأخوذة من: thinkco.com