FÚZIÓ: MIBŐL ÁLL, PÉLDÁK ÉS KÍSÉRLETEK - KÉMIA - 2025

A fúzió az anyag állapotának változása szilárd anyagból folyadékba egy hőmérsékleti tartományban. Ha az anyag magas tisztaságú, akkor a tartomány egy adott hőmérsékletnek felel meg: az olvadáspont. És ha van bizonyos fokú szennyeződés, az olvadáspontot egy tartomány képviseli (pl. 120–122 ° C).

Ez a természetben az egyik leggyakoribb fizikai folyamat. A szilárd anyagok elnyelik a hőt és emelik a hőmérsékletet, amíg az első csepp folyadék képződik. Ezután további cseppek követik az elsőket, és mindaddig, amíg az összes szilárd anyag el nem olvad, a hőmérséklete állandó.

Forrás: Pixabay

Miért? Mivel az összes hőt több folyadék előállításához kell felhasználni, az utóbbi melegítése helyett. Ezért a szilárd anyag és a folyadék hőmérséklete azonos, és egyensúlyban léteznek. Ha a hőellátás állandó, az egyensúly végül eltolódik a teljes folyadékképződéshez.

Ezért, amikor egy jégsztalaktit tavasszal kezd elolvadni, mihelyt megkezdődött az állapotváltozás, addig nem ér véget, amíg folyékony vízré alakul. A fenti képen látható, hogy még jégkristályok is lebegnek egy függő csepp belsejében.

Az ismeretlen anyag olvadáspontjának meghatározása kiváló teszt annak azonosítására (mindaddig, amíg nem tartalmaz sok szennyeződést).

Azt is felfedi, hogy milyen erősek a kölcsönhatások a szilárd anyagot alkotó molekulák között; minél magasabb hőmérsékleten olvad, annál erősebbek az intermolekuláris erők.

Mi az egyesülés?

A fúzió az állapot megváltoztatásából áll szilárd anyagból folyékonyvá. A folyadékban levő molekulák vagy atomok nagyobb átlagos energiával rendelkeznek, amikor nagyobb sebességgel mozognak, rezegnek és forognak. Következésképpen ez növeli az intermolekuláris teret és következésképpen a térfogatot (bár a víz esetében nem ez a helyzet).

Mivel a szilárd anyagban a molekulák tömörebben vannak elrendezve, mozgásukban nincsenek szabad szabadságuk, és alacsonyabb az átlagos energiájuk. A szilárd-folyékony átmenet bekövetkezéséhez a szilárd anyag molekuláinak vagy atomjainak nagyobb sebességgel kell rezgniük a hőelnyelés révén.

Miközben rezeg, egy molekulakészlet válik szét, amelyek összekapcsolódnak és képezik az első cseppet. Tehát a fúzió nem más, mint a szilárd anyag olvadása, amelyet a hő hatása okoz. Minél magasabb a hőmérséklet, annál gyorsabban oldódik ki a szilárd anyag.

A fúzió különösen alagutak és pórusok kialakulásához vezethet a szilárd anyagban. Ezt a gyermekeknek szánt külön kísérlettel lehet demonstrálni.

Szilárd keverékek és emulziók olvadása

Forrás: Pixabay

A jégkrém

Olvadás: egy anyag vagy keverék hőolvadása. A kifejezést azonban más anyagok olvadására utalják, amelyeket nem szigorúan határoznak meg szilárd anyagként: emulziók.

Az ideális példa a fagylalt. Ezek fagyasztott víz (és részben kristályosodott) emulziói, levegővel és zsírokkal (tej, tejszín, kakaó, vaj stb.).

A jégkrém megolvad vagy megolvad, mert a jég meghaladja az olvadáspontját, a levegő elkezdi távozni, és a folyadék végül elhúzza az alkotóelemek többi részét.

A fagylalt kémiája rendkívül összetett, érdekes és kíváncsiságot jelent a fúzió meghatározásának mérlegelésekor.

Édes és sós jég

Más szilárd keverékek esetében analitikai célokra nem lehet helyesen beszélni az olvadáspontról; vagyis ez nem döntő kritérium egy vagy több anyag azonosításához. A keverékben az egyik komponens megolvadásával a többi feloldódhat a folyékony fázisban, amely átlósan ellentétes az olvadással.

Például egy szilárd jég-cukor-só keverék teljesen megolvad, mihelyt a jég megolvad. Mivel a cukor és a só nagyon jól oldódik vízben, feloldja őket, de ez nem jelenti azt, hogy a cukor és a só megolvadt.

Példák

A konyhában

A fúzió néhány általános példája megtalálható a konyhában. Vaj, csokoládé, rágógumi és más édesség megolvad, ha közvetlen hőt kap a nap, vagy ha forró terekben tartják. Néhány cukorkát, például a mályvacukrot, szándékosan megolvasztják, hogy ízük legjobban élvezzék.

Sok recept szerint a hozzáadás előtt egy vagy több összetevőt el kell olvasztani. A sajtok, a zsírok és a méz (nagyon viszkózus) szintén ezen összetevők között vannak.

A díszekben

Bizonyos terek és tárgyak díszítéséhez fémek, üveg és kerámiák készülnek különböző mintákkal. Ezek a dísztárgyak láthatók egy épület teraszán, egyes falak üvegében és mozaikjaiban, vagy az ékszerészek belsejében értékesíthető tárgyakban.

Mindegyik olyan anyagból készül, amely nagyon magas hőmérsékleten olvad el, tehát előbb meg kell olvadni vagy meglágyulnia annak érdekében, hogy megmunkálja és a kívánt formájú legyen.

Éppen itt dolgozik az izzólámpa, ahogyan a kovácsok fegyverek, szerszámok és egyéb tárgyak gyártásakor. Hasonlóképpen, a fúzió lehetővé teszi ötvözetek előállítását két vagy több fém hegesztésével, különböző tömegarányban.

Az olvadt üvegből dekoratív figurákat készíthet, mint például lovak, hattyúk, férfiak és nők, utazási ajándéktárgyak stb.

A természetben

A természetben történő olvadás fő példái a jéghegyek olvadásában láthatók; a lávaban a sziklák keveréke, amelyet a vulkánokon belüli erős hő olvadt fel; és a bolygó kéregében, ahol a folyékony fémek, főleg a vas jelenléte dominál.

A leggyakoribb anyagok olvadáspontjai

Az alábbiakban felsorolunk egy sor általános anyagot, a megfelelő olvadásponttal:

-Jég, 0ºC

-Paraffin, 65,6ºC

-Csokoládék, 15,6-36,1ºC (vegye figyelembe, hogy ez egy hőmérsékleti tartomány, mert vannak olyan csokoládék, amelyek alacsonyabb vagy magasabb hőmérsékleten olvadnak)

-Pálmitsav, 63ºC

-Agar, 85ºC

-Foszfor, 44ºC

-Alumínium, 658ºC

-Kalcium, 851ºC

-Gold, 1083ºC

-Réz, 1083ºC

-Iron, 1530ºC

–Hab, -39ºC (szobahőmérsékleten folyékony)

-Metán gáz, -182ºC

-Etanol, -117ºC

-Grafitszén, 4073ºC

- Gyémántszén, 4096ºC

Mint látható, általában a fémeknek fémkötéseik miatt a legmagasabb az olvadáspontja. A szén azonban meghaladja őket, annak ellenére, hogy kovalens kötéseik vannak, de nagyon stabil molekuláris elrendezéssel.

Kicsi, apoláris molekulák, például a metán-gáz és az etanol, nem lépnek kölcsönhatásba elég erősen, hogy szobahőmérsékleten szilárd maradjon.

A többi résztől a szilárd anyagon belüli intermolekuláris kölcsönhatások erősségét a szilárd anyag olvadáspontjának mérésével lehet bevezetni. Az égési hőmérsékleten ellenálló szilárd anyagnak nagyon stabil szerkezetűnek kell lennie.

Általában a nem poláris kovalens szilárd anyagok olvadáspontja alacsonyabb, mint a poláris, ionos és fém kovalens szilárd anyagoknál.

Kísérlet a fúzió magyarázatára gyermekek és serdülők számára

Színes jég kupolák

Ez talán az egyik legmûvészetesebb és egyszerûbb kísérlet a fúzió magyarázata a gyermekek számára. Szükséged van:

-Néhány tányér, oly módon, hogy amikor a víz befagy bennük, kupolakat képeznek

- Nagy tálca annak a felületnek a biztosításához, ahol a jég megolvadhat, pusztítás nélkül

-Só (lehet a legolcsóbb a piacon)

-Növényi színezés és egy csepp vagy egy kanál a hozzáadásukhoz

A jégkupolák elkészítése és a tálcára helyezése után viszonylag kis mennyiségű sót adnak a felületükhöz. A sónak a jéggel való érintkezésével csak olyan vízfolyások merülhetnek fel, amelyek nedvesítik a tálcát.

Ennek oka az, hogy a jégnek nagy affinitása van a sóhoz, és olyan oldat keletkezik, amelynek olvadáspontja alacsonyabb, mint a jégé.

Ezután néhány csepp ételfestéket adnak a kupolákhoz. A szín behatol a kupola alagútjaiba és minden pórusába, mint olvadás első következményei. Az eredmény a jég belsejébe csapdázott színek karneválja.

Végül a színezékek belekeverednek a vízbe a tálcában, és újabb látványt nyújtanak a kis nézők számára.

Hőszekrény

Hőmérsékleten szabályozott szekrényben számos anyag helyezhető hőálló tartályokba. A kísérlet célja annak bemutatása, hogy a tizenévesek minden anyagnak megvan-e az olvadáspontja.

Milyen anyagokat lehet választani? Logikusan, sem fémek, sem sók nem juthatnak be a házba, mivel 500 ° C feletti hőmérsékleten megolvadnak (a ház megolvadna).

Ezért az anyagok listájából kiválaszthatják azokat, amelyek nem haladják meg a 100 ° C-ot, például: higany (feltételezve, hogy a házat -40 ° C alá lehet hűteni), jég, csokoládé, paraffin és palmitinsav.

A tizenévesek (és a gyerekek is) figyelni fogják, hogy a higany fémes fekete folyadékká alakul. majd a fehér jég, a csokoládé, a palmitinsav és végül a paraffin gyertya megolvadása.

Annak magyarázata érdekében, hogy a paraffin miért olvad magasabb hőmérsékleten, mint a csokoládé, meg kell vizsgálni annak szerkezetét.

Ha mind a paraffin, mind a palmitinsav szerves vegyületek, akkor az előbbinek nehezebb vagy polárosabb molekulából (vagy mindkettőből egyszerre) kell állnia. Az ilyen megfigyelések magyarázatának megadása házi feladat lehet a hallgatók számára.

Irodalom

1. Van't Hul J. (2012. július 24.). Olvadó jégtudományos kísérlet sóval és folyékony akvarellekkel. Helyreállítva: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Érdekes tények az olvadáspont gyerekeknek. Könnyű tudomány gyerekeknek. Helyreállítva: easyscienceforkids.com
3. Sára. (2015, június 11). Egyszerű tudományos kísérlet gyerekeknek: mi olvad el a napban? Frugal Fun fiúknak és lányoknak. Helyreállítva: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
5. H2G2. (2017. október 03.). Néhány általános anyag olvadáspontjai. Helyreállítva: h2g2.com
6. A Nyílt Egyetem. (2006-08-03). Olvadáspontok. Helyreállítva: open.edu
7. Lumen, kémia nem-nagyok számára. (Sf). Olvadáspont. Helyreállítva: Kurss.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (2018. április 13.). Milyen tényezők befolyásolják az olvadáspontot? Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com