Solidifikasi: titik dan contoh solidifikasi

Solidifikasi adalah perubahan yang dialami cairan ketika melewati fase padat. Cairan itu bisa berupa zat murni atau campuran. Juga, perubahan itu mungkin karena penurunan suhu atau sebagai akibat dari reaksi kimia.

Bagaimana fenomena ini bisa dijelaskan? Secara visual, cairan itu mulai membatu atau mengeras, hingga berhenti mengalir dengan bebas. Namun, pemadatan sebenarnya terdiri dari serangkaian langkah yang terjadi pada skala mikroskopis.

Contoh solidifikasi adalah gelembung cair yang membeku. Pada gambar di atas, Anda dapat melihat bagaimana gelembung membeku saat menyentuh salju. Apa bagian dari gelembung yang mulai mengeras? Itu yang bersentuhan langsung dengan salju. Salju berfungsi sebagai pendukung di mana molekul-molekul gelembung dapat ditampung.

Solidifikasi dipicu dengan cepat dari dasar gelembung. Ini bisa dilihat pada "pinus kaca" yang memanjang menutupi seluruh permukaan. Pinus-pinus ini mencerminkan pertumbuhan kristal, yang tidak lebih dari susunan molekul yang teratur dan simetris.

Agar pemadatan terjadi, partikel-partikel cairan perlu diatur sedemikian rupa sehingga mereka saling berinteraksi. Interaksi ini menjadi lebih kuat ketika suhu menurun, yang mempengaruhi kinetika molekuler; yaitu, mereka menjadi lebih lambat dan menjadi bagian dari kristal.

Proses ini dikenal sebagai kristalisasi, dan adanya nukleus (agregat kecil partikel) dan pendukung mempercepat proses ini. Setelah cairan mengkristal, selanjutnya dikatakan telah memadat atau beku.

Kuatkan solidifikasi

Tidak semua zat mengeras pada suhu yang sama (atau di bawah perlakuan yang sama). Beberapa bahkan "membeku" di atas suhu kamar, seperti yang terjadi pada padatan dengan titik lebur tinggi. Ini tergantung pada jenis partikel yang membentuk padatan atau cairan.

Dalam benda padat, mereka berinteraksi dengan kuat dan tetap bergetar dalam posisi ruang yang tetap, tanpa kebebasan bergerak dan dengan volume yang ditentukan, sementara dalam cairan, mereka memiliki kapasitas untuk bergerak seperti banyak lapisan yang bergerak satu sama lain, menempati volume wadah yang berisi itu.

Padatan membutuhkan energi panas untuk mengalir ke fase cair; Dengan kata lain, perlu panas. Panas diperoleh dari lingkungannya, dan jumlah minimum yang diserapnya untuk menghasilkan setetes cairan pertama dikenal sebagai latent heat of fusion (ΔHf).

Di sisi lain, cairan harus melepaskan panas ke sekitarnya untuk memesan molekulnya dan mengkristal dalam fase padat. Panas yang dilepaskan adalah panas laten pemadatan atau pembekuan ((Hc). Baik ΔHf dan ΔHc sama besarnya tetapi dengan arah yang berlawanan; yang pertama memiliki tanda positif, dan tanda negatif kedua.

Mengapa suhu tetap konstan dalam pemadatan?

Pada saat tertentu cairan mulai membeku, dan termometer menandai suhu T. Sementara yang ini belum sepenuhnya membeku, T tetap konstan. Karena ΔHc memiliki tanda negatif, itu terdiri dari proses eksotermik yang melepaskan panas.

Oleh karena itu, termometer akan membaca panas yang dilepaskan oleh cairan selama perubahan fase, menangkal penurunan suhu yang dikenakan. Misalnya, jika Anda meletakkan wadah berisi cairan di dalam penangas es. Dengan demikian, T tidak berkurang sampai solidifikasi selesai secara keseluruhan.

Unit mana yang menyertai pengukuran panas ini? Biasanya kJ / mol atau J / g. Ini ditafsirkan sebagai berikut: kJ atau J adalah jumlah panas yang membutuhkan 1 mol cairan atau 1 g untuk dapat mendinginkan atau memadat.

Untuk kasus air, misalnya, ΔHc sama dengan 6.02 kJ / mol. Artinya, 1 mol air murni perlu melepaskan 6.02 kJ panas untuk dapat membeku, dan panas inilah yang menjaga suhu konstan dalam proses. Demikian pula, 1 mol es perlu menyerap 6, 02 kJ panas untuk meleleh.

Titik beku

Pada suhu yang tepat di mana proses itu terjadi, itu dikenal sebagai titik pemadatan (Tc). Itu bervariasi dalam semua zat tergantung pada seberapa kuat interaksi antarmolekulnya di padatan.

Kemurnian juga merupakan variabel penting, karena padatan yang tidak murni tidak mengeras pada suhu yang sama dengan yang murni. Di atas dikenal sebagai drop titik beku . Untuk membandingkan titik-titik pemadatan suatu zat, perlu digunakan sebagai referensi apa yang semurni mungkin.

Namun, hal yang sama tidak dapat diterapkan untuk solusi, seperti dalam kasus paduan logam. Untuk membandingkan titik pemadatannya harus dipertimbangkan campuran dengan proporsi massa yang sama; yaitu, dengan konsentrasi identik dari komponen-komponennya.

Tentu saja, titik pemadatan adalah minat ilmiah dan teknologi yang sangat besar berkaitan dengan paduan dan varietas bahan lainnya. Ini karena, dengan mengendalikan waktu dan cara mereka dingin, Anda dapat memperoleh beberapa sifat fisik yang diinginkan atau menghindari yang tidak pantas untuk aplikasi tertentu.

Untuk alasan ini, pemahaman dan studi konsep ini sangat penting dalam metalurgi dan mineralogi, serta dalam ilmu lain yang pantas diproduksi dan dikarakterisasi bahan.

Solidifikasi dan titik leleh

Secara teoritis Tc harus sama dengan suhu atau titik leleh (Tf). Namun, ini tidak selalu benar untuk semua zat. Alasan utamanya adalah, pada pandangan pertama, lebih mudah untuk mengacaukan molekul-molekul padatan daripada memesan molekul-molekul cairan.

Oleh karena itu, lebih disukai dalam praktek untuk menggunakan Tf untuk secara kualitatif mengukur kemurnian suatu senyawa. Sebagai contoh, jika suatu senyawa X memiliki banyak pengotor, maka Tf-nya akan lebih jauh dari X murni dibandingkan dengan yang lain dengan kemurnian yang lebih tinggi.

Pemesanan molekuler

Seperti yang telah dikatakan sejauh ini, solidifikasi berlanjut ke kristalisasi. Beberapa zat, mengingat sifat molekul mereka dan interaksinya, membutuhkan suhu yang sangat rendah dan tekanan tinggi untuk memadat.

Sebagai contoh, nitrogen cair diperoleh pada suhu di bawah -196ºC. Untuk memadatkannya, akan perlu mendinginkannya lebih banyak lagi, atau untuk meningkatkan tekanan padanya, memaksa molekul-molekul N 2 untuk dikelompokkan bersama untuk menciptakan inti kristalisasi.

Hal yang sama dapat dipertimbangkan untuk gas lainnya: oksigen, argon, fluor, neon, helium; dan untuk yang paling ekstrem, hidrogen, yang fase padatnya telah membangkitkan minat untuk sifat-sifat potensial yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Di sisi lain, kasus yang paling terkenal adalah es kering, yang tidak lebih dari CO 2 yang uap putihnya disebabkan oleh sublimasi yang sama pada tekanan atmosfer. Ini telah digunakan untuk membuat ulang kabut dalam skenario.

Untuk memadatkan senyawa tidak hanya bergantung pada Tc, tetapi juga pada tekanan dan variabel lainnya. Semakin kecil molekul (H 2 ) dan semakin lemah interaksinya, semakin sulit untuk membuat mereka memasuki keadaan padat.

Pendinginan berlebihan

Cairan, baik zat atau campuran, akan mulai membeku pada suhu di titik pemadatan. Namun, dalam kondisi tertentu (seperti kemurnian tinggi, waktu pendinginan yang lambat atau lingkungan yang sangat energik), cairan dapat mentolerir suhu yang lebih rendah tanpa pembekuan. Ini disebut pendinginan.

Belum ada penjelasan absolut dari fenomena tersebut, tetapi teori tersebut menyatakan bahwa semua variabel yang menghambat pertumbuhan inti kristalisasi menyebabkan pendinginan berlebihan.

Mengapa Karena kristal besar terbentuk dari inti setelah menambahkan molekul di sekitarnya. Jika proses ini terbatas, bahkan jika suhu di bawah Tc, cairan akan tetap tidak berubah, seperti yang terjadi pada tetesan kecil yang membentuk dan membuat awan terlihat di langit.

Semua cairan pendingin super metastable, yaitu, mereka rentan terhadap gangguan eksternal sedikit pun. Misalnya, jika sepotong kecil es ditambahkan pada mereka, atau mereka dikocok sedikit, mereka akan membeku seketika, yang menghasilkan eksperimen yang menghibur dan mudah dilakukan.

Contoh solidifikasi

-Meski itu tidak benar padatan, gelatin adalah contoh dari proses pemadatan dengan pendinginan.

-Gelas cair digunakan untuk membuat dan mendesain banyak objek, yang setelah didinginkan, mempertahankan bentuk akhir yang ditentukan.

-Saat gelembung membeku ke kontak salju, sebotol soda dapat mengalami proses yang sama; dan jika didinginkan, pembekuannya akan instan.

-Ketika lava meletus dari gunung berapi yang menutupi ujung-ujungnya atau permukaan daratan, ia memadat ketika kehilangan suhu, hingga mengubah dirinya menjadi batuan beku.

-Telur dan kue mengeras dengan kenaikan suhu. Demikian pula, mukosa hidung tidak tetapi karena dehidrasi. Contoh lain juga dapat ditemukan dalam cat atau lem.

Namun, perlu dicatat bahwa solidifikasi tidak terjadi dalam kasus-kasus terakhir sebagai hasil pendinginan. Oleh karena itu, fakta bahwa cairan membeku tidak selalu berarti bahwa cairan itu membeku (tidak mengurangi temperaturnya secara berarti); tetapi ketika cairan membeku, akhirnya membeku.

Lainnya:

- Konversi air menjadi es: terjadi pada 0 ° C yang menghasilkan es, salju, atau es batu.

- Lilin lilin yang meleleh dengan nyala api dan membeku lagi.

- Pembekuan makanan untuk pengawetannya: dalam hal ini membekukan molekul air di dalam sel daging atau sayuran.

- Hembusan kaca: meleleh untuk membentuknya dan kemudian mengeras.

- Pembuatan es krim: biasanya produk susu yang membeku.

- Dalam mendapatkan permen, yang merupakan gula leleh dan padat.

- Mentega dan margarin adalah asam lemak dalam keadaan padat.

- Metalurgi: dalam pembuatan ingot atau balok atau struktur logam tertentu.

- Semen adalah campuran batu kapur dan tanah liat yang bila dicampur dengan air memiliki sifat pengerasan.

- Dalam pembuatan cokelat, bubuk kakao dicampur dengan air dan susu yang, ketika dikeringkan, mengeras.