FUSION: Z CZEGO SIĘ SKŁADA, PRZYKŁADY I EKSPERYMENT - CHEMIA - 2026

Fuzyjne jest zmiana ze stanu stałego do stanu ciekłego dla substancji w zakresie temperatur. Jeśli substancja ma wysoki stopień czystości, zakres odpowiada określonej temperaturze: temperaturze topnienia. A gdy występuje pewien stopień zanieczyszczeń, temperatura topnienia jest reprezentowana przez zakres (np. 120-122 ° C).

Jest to jeden z najpowszechniejszych procesów fizycznych w przyrodzie. Ciała stałe absorbują ciepło i podnoszą swoją temperaturę, aż zaczną się tworzyć pierwsze krople cieczy. Potem następują kolejne krople i dopóki całe ciało stałe nie stopi się, jego temperatura pozostaje stała.

Źródło: Pixabay

Czemu? Ponieważ całe ciepło jest zużywane, aby wytworzyć więcej cieczy, zamiast podgrzewać ją. Dlatego ciało stałe i ciecz mają tę samą temperaturę i współistnieją w równowadze. Jeśli dopływ ciepła jest stały, równowaga kończy się przesunięciem do całkowitego utworzenia cieczy.

Z tego powodu, gdy lodowy stalaktyt zaczyna topnieć wiosną, po rozpoczęciu zmiany stanu nie zakończy się, dopóki nie zostanie przekształcony w płynną wodę. Na powyższym obrazku widać, że nawet kryształki lodu unoszą się w wiszącej kropli.

Określenie temperatury topnienia nieznanej substancji jest doskonałym testem do jej identyfikacji (o ile nie zawiera wielu zanieczyszczeń).

Ujawnia również, jak silne są interakcje między cząsteczkami tworzącymi ciało stałe; gdy topi się w wyższych temperaturach, tym silniejsze będą jego siły międzycząsteczkowe.

Co to jest fuzja?

Fuzja polega na zmianie stanu ze stałego na ciekły. Cząsteczki lub atomy w cieczy mają wyższą średnią energię, gdy poruszają się, wibrują i obracają się z większą prędkością. W konsekwencji powoduje to wzrost przestrzeni międzycząsteczkowej, a tym samym zwiększenie objętości (chociaż nie ma to miejsca w przypadku wody).

Ponieważ w ciele stałym cząsteczki mają bardziej zwarty układ, brakuje im swobody w ruchu i mają niższą średnią energię. Aby nastąpiło przejście ciało stałe-ciecz, cząsteczki lub atomy ciała stałego muszą wibrować z większą prędkością poprzez pochłanianie ciepła.

Gdy wibruje, oddziela się zestaw cząsteczek, które łączą się, tworząc pierwszą kroplę. Zatem fuzja to nic innego jak stopienie ciała stałego spowodowane działaniem ciepła. Im wyższa temperatura, tym szybciej ciało stałe będzie się topić.

W szczególności fuzja może prowadzić do tworzenia tuneli i porów w ciele stałym. Można to wykazać poprzez specjalny eksperyment dla dzieci.

Topi się stałych mieszanin i emulsji

Źródło: Pixabay

Lody

Topienie odnosi się do topienia na gorąco substancji lub mieszaniny. Jednak termin ten był również używany w odniesieniu do topienia innych substancji, które nie są ściśle sklasyfikowane jako ciała stałe: emulsje.

Idealnym przykładem są lody. Są to emulsje zamrożonej wody (aw niektórych przypadkach skrystalizowanej), z powietrzem i tłuszczami (mleko, śmietana, kakao, masło itp.).

Lody topią się lub topią, ponieważ lód przekracza swój punkt topnienia, powietrze zaczyna uciekać, a płyn w końcu ciągnie pozostałe jego składniki.

Chemia lodów jest niezwykle złożona i stanowi przedmiot zainteresowania i ciekawostki przy rozważaniu definicji fuzji.

Słodki i słony lód

W przypadku innych mieszanin stałych nie można właściwie mówić o temperaturze topnienia do celów analitycznych; to znaczy nie jest decydującym kryterium identyfikacji jednej lub więcej substancji. W mieszaninie, gdy jeden składnik topi się, inne mogą rozpuścić się w fazie ciekłej, która jest po przekątnej przeciwna do stopienia.

Na przykład stała mieszanina lodu, cukru i soli całkowicie się rozpuści, gdy tylko lód zacznie się topić. Ponieważ cukier i sól są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, rozpuści je, ale nie oznacza to, że cukier i sól się stopiły.

Przykłady

W kuchni

W kuchni można znaleźć kilka typowych przykładów fuzji. Masła, czekoladki, gumy do żucia i inne słodycze topią się, jeśli otrzymają bezpośrednie ciepło od słońca lub jeśli są zamknięte w gorących pomieszczeniach. Niektóre cukierki, takie jak pianki marshmallows, są celowo topione, aby jak najlepiej cieszyć się ich smakiem.

Wiele przepisów mówi, że jeden lub więcej składników należy najpierw stopić przed dodaniem. Wśród tych składników znajdują się również sery, tłuszcze i miód (bardzo lepki).

W zdobieniach

Do dekoracji niektórych przestrzeni i przedmiotów używa się metali, szkła i ceramiki o różnych wzorach. Te ozdoby można zobaczyć na tarasie budynku, w szkle i mozaikach niektórych ścian lub w przedmiotach sprzedawanych wewnątrz jubilerów.

Wszystkie składają się z materiałów, które topią się w bardzo wysokich temperaturach, dlatego muszą najpierw stopić się lub zmiękczyć aby je obrobić i nadać im pożądane kształty.

To tutaj żarzące się żelazo jest przetwarzane, podobnie jak kowale przy produkcji broni, narzędzi i innych przedmiotów. Podobnie, stapianie umożliwia otrzymywanie stopów przez spawanie dwóch lub więcej metali w różnych proporcjach masowych.

Z roztopionego szkła można tworzyć figury dekoracyjne, takie jak konie, łabędzie, mężczyźni i kobiety, pamiątki z podróży itp.

W naturze

Główne przykłady topnienia w naturze można zobaczyć w topnieniu gór lodowych; w lawie, mieszanina skał stopionych przez intensywne ciepło wewnątrz wulkanów; oraz w skorupie planety, gdzie przeważa obecność ciekłych metali, zwłaszcza żelaza.

Temperatury topnienia większości popularnych substancji

Poniżej wymieniono szereg popularnych substancji wraz z ich odpowiednimi temperaturami topnienia:

-Lód, 0ºC

-Parafina, 65,6ºC

- Czekoladki, 15,6-36,1ºC (należy pamiętać, że jest to zakres temperatur, ponieważ istnieją czekoladki, które topią się w niższych lub wyższych temperaturach)

-Kwas palmitynowy, 63ºC

-Agar, 85ºC

-Fosfor, 44ºC

-Aluminium, 658ºC

-Wapń, 851ºC

-Złoto, 1083ºC

-Miedź, 1083ºC

-Żelazo, 1530ºC

–Rtęć, -39ºC (jest ciekła w temperaturze pokojowej)

-Gaz metanowy, -182ºC

-Ethanol, -117ºC

-Węgiel grafitowy, 4073ºC

-Węgiel diamentowy, 4096ºC

Jak widać, generalnie metale, ze względu na ich wiązania metaliczne, mają najwyższe temperatury topnienia. Jednak węgiel przewyższa je pomimo wiązań kowalencyjnych, ale przy bardzo stabilnych układach molekularnych.

Małe, niepolarne cząsteczki, takie jak metan i etanol, nie oddziałują wystarczająco silnie, aby pozostać w stanie stałym w temperaturze pokojowej.

Na podstawie pozostałych informacji o sile oddziaływań międzycząsteczkowych w ciele stałym można wywnioskować, mierząc jego temperaturę topnienia. Ciało stałe, które wytrzymuje spalanie, musi mieć bardzo stabilną strukturę.

Na ogół niepolarne kowalencyjne ciała stałe mają niższe temperatury topnienia niż polarne, jonowe i metaliczne kowalencyjne ciała stałe.

Eksperymentuj, aby wyjaśnić fuzję dla dzieci i młodzieży

Kolorowe kopuły lodowe

To chyba jeden z najbardziej artystycznych i najprostszych eksperymentów wyjaśniających dzieciom fuzję. Potrzebujesz:

-Niektóre płytki, w taki sposób, że gdy zamarznie w nich woda tworzą kopuły

-Duża taca zapewniająca powierzchnię, na której lód może się topić bez powodowania spustoszenia

-Sól (może być najtańsza na rynku)

- Barwniki roślinne i zakraplacz lub łyżka, aby je dodać

Po uzyskaniu kopuł lodowych i umieszczeniu ich na tacy, do ich powierzchni dodaje się stosunkowo niewielką ilość soli. Sam kontakt soli z lodem spowoduje, że rzeki wody zamoczą tacę.

Dzieje się tak, ponieważ lód ma duże powinowactwo do soli i pojawia się roztwór, którego temperatura topnienia jest niższa niż lodu.

Następnie do kopułek dodaje się kilka kropli barwnika spożywczego. Kolor wniknie w tunele kopuły i wszystkie jej pory, jako pierwsze konsekwencje jej stopienia. Rezultatem jest karnawał kolorów uwięzionych w lodzie.

Wreszcie, barwniki zmieszają się z wodą na tacy, dając małym widzom kolejny wizualny spektakl.

Szafka termiczna

W szafie z kontrolowaną temperaturą wiele substancji można umieścić w pojemnikach odpornych na ciepło. Celem tego eksperymentu jest pokazanie nastolatkom, że każda substancja ma swoją własną temperaturę topnienia.

Jakie substancje można wybrać? Logicznie rzecz biorąc, ani metale, ani sole nie mogą dostać się do szafy, ponieważ topią się w temperaturze powyżej 500ºC (obudowa topi się).

Dlatego z listy substancji można wybrać te, które nie przekraczają 100ºC, na przykład: rtęć (przy założeniu, że szafkę można schłodzić poniżej -40ºC), lód, czekoladę, parafinę i kwas palmitynowy.

Nastolatki (i dzieci) patrzyłyby, jak rtęć zamienia się w metaliczną czarną ciecz; a następnie topienie białego lodu, batoników czekoladowych, kwasu palmitynowego i na końcu świecy parafinowej.

Aby wyjaśnić, dlaczego parafina topi się w wyższych temperaturach niż czekolada, konieczne będzie przeanalizowanie jej struktury.

Jeśli zarówno parafina, jak i kwas palmitynowy są związkami organicznymi, ten pierwszy musi składać się z cięższej lub bardziej polarnej cząsteczki (lub obu jednocześnie). Wyjaśnienie takich obserwacji można pozostawić uczniom jako pracę domową.

Bibliografia

1. Van't Hul J. (24 lipca 2012). Eksperyment na temat topnienia lodu z solą i płynnymi akwarelami. Odzyskany z: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Ciekawostki na temat temperatury topnienia dla dzieci. Łatwa nauka dla dzieci. Odzyskany z: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (11 czerwca 2015). Prosty eksperyment naukowy dla dzieci: co topi się w słońcu? Oszczędna zabawa dla chłopców i dziewcząt. Odzyskany z: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
5. h2g2. (03 października 2017). Temperatury topnienia niektórych popularnych substancji. Odzyskany z: h2g2.com
6. Otwarty Uniwersytet. (2006-08-03). Temperatury topnienia. Odzyskany z: open.edu
7. Lumen, Chemia dla Non-Majors. (sf). Temperatura topnienia. Odzyskany z: course.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13 kwietnia 2018). Jakie czynniki wpływają na temperaturę topnienia? Nauka. Odzyskany z: sciencing.com