FUSION: ОТ КАКВО СЕ СЪСТОИ, ПРИМЕРИ И ЕКСПЕРИМЕНТ - ХИМИЯ - 2025

На сливането е промяната на състоянието от твърдо в течно за вещество в температурен диапазон. Ако веществото има висока степен на чистота, обхватът съответства на конкретна температура: точка на топене. А когато има определена степен на примеси, точката на топене е представена от обхват (например 120-122 ° C).

Това е един от най-често срещаните физически процеси в природата. Твърдите вещества абсорбират топлината и повишават температурата си, докато започнат да се образуват първите капки течност. След това други капки следват първите и докато цялото твърдо вещество не се е стопило, неговата температура остава постоянна.

Източник: Pixabay

Защо? Тъй като цялата топлина се изразходва за производството на повече течност, вместо загряване на последната. Следователно, твърдото вещество и течността имат еднаква температура и съществуват в равновесие. Ако подаването на топлина е постоянно, равновесието завършва до преминаване към пълно образуване на течност.

Поради тази причина, когато лед сталактит започне да се топи през пролетта, след като промяната на състоянието е започнала, той няма да свърши, докато не се трансформира в течна вода. На изображението по-горе се вижда, че дори ледени кристали плуват във висяща капка.

Определянето на точката на топене на неизвестно вещество е отличен тест за идентифицирането му (стига да не съдържа много примеси).

Той също така разкрива колко силни са взаимодействията между молекулите, които съставляват твърдото вещество; колкото се топи при по-високи температури, толкова по-силни ще бъдат неговите междумолекулни сили.

Какво е сливането?

Сливането се състои в промяна на състоянието от твърдо в течно. Молекулите или атомите в течността имат по-висока средна енергия, докато се движат, вибрират и се въртят с по-висока скорост. В резултат на това това създава увеличение на междумолекулното пространство и следователно увеличаване на обема (въпреки че това не е така при водата).

Тъй като в твърдото вещество молекулите са в по-компактно разположение, на тях им липсва свобода при движението им и имат по-ниска средна енергия. За да има преход твърда течност, молекулите или атомите на твърдото вещество трябва да вибрират с по-висока скорост, като абсорбират топлина.

Докато той вибрира, набор от молекули се отделя, които се събират, за да образуват първата капка. И така, сливането не е нищо повече от топене на твърдото вещество, причинено от ефекта на топлината. Колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо твърдото вещество ще се разтопи.

По-специално, сливането може да доведе до образуването на тунели и пори в твърдото вещество. Това може да се демонстрира чрез специален експеримент за деца.

Разтвори на твърди смеси и емулсии

Източник: Pixabay

Сладоледът

Топенето се отнася до топлинно топене на вещество или смес. Терминът обаче се използва и за обозначаване на топенето на други вещества, които не са строго класифицирани като твърди вещества: емулсии.

Идеалният пример е сладолед. Те са емулсии от замразена вода (а в някои - кристализирана), с въздух и мазнини (мляко, сметана, какао, масло и др.).

Сладоледът се топи или се стопява, защото ледът надвишава точката си на топене, въздухът започва да изтича, а течността свършва, влачейки останалите компоненти.

Химията на сладоледа е изключително сложна и представлява обект на интерес и любопитство при разглеждане на определението за синтез.

Сладък и солен лед

По отношение на други твърди смеси не може правилно да се говори за точка на топене за аналитични цели; тоест не е решаващ критерий за идентифициране на едно или повече вещества. В смес, като един компонент се разтопи, останалите могат да се разтворят в течна фаза, която е диагонално противоположна на стопяването.

Например, твърдата смес от лед-захар и сол напълно ще се разтопи веднага щом ледът започне да се топи. Тъй като захарта и солта са много разтворими във вода, тя ще ги разтвори, но това не означава, че захарта и солта са се стопили.

Примери

В кухнята

Някои общи примери за синтез могат да бъдат намерени в кухнята. Маслата, шоколадите, дъвките и други сладкиши се топят, ако получават директна топлина от слънцето или ако са затворени в горещи помещения. Някои бонбони, като ружа, умишлено се стопяват за най-доброто наслаждение на ароматите им.

Много рецепти посочват, че една или повече съставки първо трябва да бъдат разтопени, преди да бъдат добавени. Сирена, мазнини и мед (много вискозни) също са сред тези съставки.

В орнаментите

За украса на определени пространства и предмети се използват метали, стъкло и керамика с различни дизайни. Тези орнаменти могат да се видят на терасата на сграда, в стъклото и мозайките на някои стени или в предметите за продажба вътре в бижутата.

Всички са съставени от материали, които се стопяват при много високи температури, така че първо трябва да се стопят или омекнат, за да могат да ги обработят и да им дадат желаните форми.

Именно тук се работи с нажежаемо желязо, както правят ковачите при производството на оръжие, инструменти и други предмети. По същия начин синтезът позволява получаването на сплави чрез заваряване на два или повече метала в различни масови пропорции.

От разтопено стъкло можете да създадете декоративни фигури като коне, лебеди, мъже и жени, сувенири за пътуване и др.

В природата

Основните примери за топене в природата могат да се видят в топенето на айсберги; в лава, смес от скали, разтопени от силната топлина във вулканите; и в кората на планетата, където преобладава присъствието на течни метали, особено желязо.

Точки на топене на най-често срещаните вещества

По-долу са изброени поредица от общи вещества със съответните точки на топене:

-Ледо, 0ºC

-Парафин, 65.6ºC

-Шоколади, 15.6-36.1ºC (имайте предвид, че е температурен диапазон, тъй като има шоколади, които се топят при по-ниски или по-високи температури)

-Палмитинова киселина, 63ºC

-Агар, 85ºC

-Фосфор, 44ºC

-Алуминий, 658ºC

-Калций, 851ºC

-Злато, 1083ºC

-Копър, 1083ºC

-Леда, 1530ºC

- Живак, -39ºC (течен е при стайна температура)

-Метанов газ, -182ºC

-Етанол, -117ºC

-Графитен въглерод, 4073ºC

-Диамонови въглища, 4096ºC

Както се вижда, като цяло металите, поради своите метални връзки, имат най-високи температури на топене. Въпреки това въглеродът ги превишава, въпреки че има ковалентни връзки, но с много стабилни молекулни разположения.

Малки, аполарни молекули, като метан и етанол, не взаимодействат достатъчно силно, за да останат твърди при стайна температура.

От останалото силата на междумолекулните взаимодействия в твърдото вещество може да се заключи чрез измерване на точката му на топене. Твърдото вещество, което издържа на горещи температури, трябва да има много стабилна структура.

По принцип неполярните ковалентни твърди вещества имат по-ниски точки на топене от полярни, йонни и метални ковалентни твърди частици.

Експериментирайте, за да обясните синтеза на деца и юноши

Цветни ледени куполи

Това е може би един от най-артистичните и прости експерименти за обяснение на сливането на децата. Трябва:

-Някои плочи по такъв начин, че когато водата замръзне в тях, те образуват куполи

-Голяма тава за осигуряване на повърхност, където ледът може да се стопи, без да причинява поразия

-Сол (може да е най-евтиният на пазара)

-Речесто оцветяване и капкомер или лъжица, за да ги добавите

След като са получени ледените куполи и се поставят върху тавата, към повърхността им се добавя сравнително малко сол. Самият контакт на солта с леда ще доведе до реки от вода, които ще навлажнят тавата.

Това е така, защото ледът има висок афинитет към солта и се получава разтвор, чиято точка на топене е по-ниска от тази на леда.

След това към куполите се добавят няколко капки хранителни оцветители. Цветът ще проникне в тунелите на купола и всичките му пори, като първите последствия от неговото топене. Резултатът е карнавал от цветове, хванати в леда.

Накрая оцветителите ще се смесят във водата в тавата, като ще дадат още един визуален спектакъл на малките зрители.

Термичен шкаф

В рамките на шкаф с контролирана температура могат да бъдат поставени редица вещества в термоустойчиви съдове. Целта на този експеримент е да покаже на тийнейджърите, че всяко вещество има своя собствена точка на топене.

Какви вещества могат да бъдат избрани? Логично, нито металите, нито солите не могат да влязат в шкафа, тъй като се стопяват при температури над 500ºC (шкафът ще се стопи).

Следователно от списъка на веществата могат да бъдат избрани онези, които не надвишават 100 ° C, например: живак (при условие, че шкафът може да се охлади под -40 ° C), лед, шоколад, парафин и палмитинова киселина.

Тийнейджърите (и децата също) биха гледали как живакът се превръща в метална черна течност; и след това топенето на белия лед, шоколадовите барове, палмитиновата киселина и накрая парафиновата свещ.

За да се обясни защо парафинът се топи при по-високи температури от шоколада, ще е необходимо да се анализират неговите структури.

Ако парафинът и палмитиновата киселина са органични съединения, първата трябва да се състои от по-тежка молекула или по-полярна молекула (или и двете едновременно). Даването на обяснение на подобни наблюдения може да бъде оставено като домашно за учениците.

Препратки

1. Van't Hul J. (24 юли 2012 г.). Научен експеримент за топене на лед със солени и течни акварели. Възстановено от: artfulparent.com
2. Тобин, Деклан. (2018). Забавни факти за точката на топене за деца. Лесна наука за деца. Възстановени от: easyscienceforkids.com
3. Сара. (2015 г., 11 юни). Прост научен експеримент за деца: какво се топи на слънцето? Пестеливо забавление за момчета и момичета. Възстановени от: frugalfun4boys.com
4. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
5. h2g2. (03 октомври 2017 г.). Точки на топене на някои общи вещества. Възстановена от: h2g2.com
6. Откритият университет. (03.08.2006). Точки на топене. Възстановена от: open.edu
7. Lumen, Химия за не-специалности. (SF). Точка на топене. Възстановена от:urs.lumenlearning.com
8. Джилеспи, Клер. (13 април 2018 г.). Какви фактори влияят на точката на топене? Sciencing. Възстановено от: sciaching.com