FUZIUNE: DIN CE CONSTĂ, EXEMPLE ȘI EXPERIMENTE - CHIMIE - 2025

Fuziunea este schimbarea stării de la solid la lichid pentru o substanță într - un interval de temperatură. Dacă substanța are un grad ridicat de puritate, intervalul corespunde unei temperaturi specifice: punctul de topire. Și atunci când există un anumit grad de impurități, punctul de topire este reprezentat de un interval (de exemplu, 120-122 ° C).

Este unul dintre cele mai frecvente procese fizice din natură. Solidele absorb căldura și își ridică temperatura până când încep să se formeze primele picături de lichid. Apoi alte picături îi urmează pe primele și atâta timp cât tot solidul nu s-a topit temperatura lui rămâne constantă.

Sursa: Pixabay

De ce? Deoarece toată căldura este consumată pentru a produce mai mult lichid, în loc să-l încălzească pe acesta din urmă. Prin urmare, solidul și lichidul au aceeași temperatură și coexistă în echilibru. Dacă furnizarea de căldură este constantă, echilibrul sfârșește trecând la formarea completă de lichid.

Din acest motiv, când o stalactită de gheață începe să se topească primăvara, odată ce schimbarea stării a început, aceasta nu se va încheia până nu va fi transformată în apă lichidă. În imaginea de mai sus, se poate observa că chiar și cristale de gheață plutesc în interiorul unei picături.

Determinarea punctului de topire al unei substanțe necunoscute este un test excelent pentru identificarea acesteia (atât timp cât nu conține multe impurități).

De asemenea, dezvăluie cât de puternice sunt interacțiunile dintre moleculele care alcătuiesc solidul; cu cât se topește la temperaturi mai ridicate, cu atât forțele sale intermoleculare vor fi mai puternice.

Ce este fuziunea?

Fuziunea constă într-o schimbare de stare de la solid la lichid. Moleculele sau atomii din lichid au o energie medie mai mare pe măsură ce se mișcă, vibrează și se rotește cu viteze mai mari. În consecință, acest lucru creează o creștere a spațiului intermolecular și, prin urmare, o creștere a volumului (deși nu este cazul apei).

La fel ca în solid, moleculele sunt într-un aranjament mai compact, le lipsește libertățile în mișcarea lor și au o medie medie mai mică. Pentru ca tranziția solid-lichid să aibă loc, moleculele sau atomii solidului trebuie să vibreze la viteze mai mari prin absorbția căldurii.

Pe măsură ce vibrează, un set de molecule se separă care se reunesc pentru a forma prima picătură. Și astfel, fuziunea nu este altceva decât o topire a solidului cauzat de efectul căldurii. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât mai rapid se va topi solidul.

În special, fuziunea poate duce la formarea de tuneluri și pori în interiorul solidului. Acest lucru poate fi demonstrat printr-un experiment dedicat pentru copii.

Topiturile de amestecuri solide și emulsii

Sursa: Pixabay

Inghetata

Topirea se referă la topirea termică a unei substanțe sau amestec. Cu toate acestea, termenul a fost folosit și pentru a se referi la topirea altor substanțe care nu sunt strict clasificate ca solide: emulsii.

Exemplul ideal este înghețata. Sunt emulsii de apă înghețată (și în unele, cristalizate), cu aer și grăsimi (lapte, smântână, cacao, unt etc.).

Înghețata se topește sau se topește, deoarece gheața își depășește punctul de topire, aerul începe să scape, iar lichidul sfârșește trăgând restul componentelor sale.

Chimia înghețatei este extrem de complexă și reprezintă un punct de interes și curiozitate atunci când se ia în considerare definiția fuziunii.

Gheață dulce și sărată

În ceea ce privește alte amestecuri solide, nu se poate vorbi în mod corespunzător despre un punct de topire în scopuri analitice; adică nu este un criteriu decisiv pentru identificarea uneia sau mai multor substanțe. Într-un amestec, pe măsură ce o componentă se topește, celelalte se pot dizolva în faza lichidă, care este în diagonală opusă celei de topire.

De exemplu, un amestec solid de gheață-zahăr-sare se va topi complet imediat ce gheața începe să se topească. Deoarece zahărul și sarea sunt foarte solubile în apă, le va dizolva, dar nu înseamnă că zahărul și sarea s-au topit.

Exemple

În bucătărie

Câteva exemple comune de fuziune pot fi găsite în bucătărie. Unturi, bomboane de ciocolată, gumă și alte dulciuri se topesc dacă primesc căldură directă la soare sau dacă sunt închise în spații calde. Unele bomboane, cum ar fi bezele, sunt topite intenționat pentru a se bucura cât mai bine de aromele lor.

Multe rețete afirmă că unul sau mai multe ingrediente trebuie topite mai întâi înainte de a fi adăugate. Brânzeturile, grăsimile și mierea (foarte vâscoase) sunt, de asemenea, printre aceste ingrediente.

În ornamentații

Pentru decorarea anumitor spații și obiecte, se folosesc metale, sticlă și ceramică cu diferite modele. Aceste ornamentații pot fi văzute pe terasa unei clădiri, în sticlă și mozaicuri ale unor pereți sau în obiectele de vânzare din interiorul bijutierilor.

Toate sunt compuse din materiale care se topește la temperaturi foarte ridicate, deci trebuie mai întâi să se topească sau să se înmoaie pentru a le lucra și a le oferi formele dorite.

Aici se lucrează fierul incandescent, așa cum fac fierarii la fabricarea de arme, scule și alte obiecte. De asemenea, fuziunea permite obținerea de aliaje prin sudarea a două sau mai multe metale în proporții de masă diferite.

Din sticla topită puteți crea figuri decorative precum cai, lebede, bărbați și femei, suveniruri de călătorie etc.

În natură

Principalele exemple de topire în natură pot fi văzute în topirea aisbergurilor; în lavă, un amestec de roci topit de căldura intensă din interiorul vulcanilor; și în crusta planetei, unde predomină prezența metalelor lichide, în special fierul.

Punctele de topire ale celor mai frecvente substanțe

O serie de substanțe comune cu punctele de topire respective sunt enumerate mai jos:

-Ice, 0ºC

-Parafină, 65,6 ºC

-Chocolates, 15,6-36,1ºC (rețineți că este un interval de temperatură, deoarece există ciocolată care se topește la temperaturi mai mici sau mai mari)

-Acid palmitic, 63ºC

-Agar, 85ºC

-Fosfor, 44ºC

-Aluminiu, 658ºC

-Calciu, 851ºC

-Gold, 1083ºC

-Copper, 1083ºC

-Iron, 1530ºC

–Mercur, -39ºC (este lichid la temperatura camerei)

-Gaz gazan, -182ºC

-Etanol, -117ºC

-Carbon grafit, 4073ºC

-Carbune diamant, 4096ºC

După cum se poate observa, în general, metalele, datorită legăturilor lor metalice, au cele mai mari puncte de topire. Cu toate acestea, carbonul le depășește, în ciuda legăturilor covalente, dar cu aranjamente moleculare foarte stabile.

Moleculele mici, apolare, precum gazul metan și etanolul, nu interacționează suficient de puternic pentru a rămâne solide la temperatura camerei.

Din restul, puterea interacțiunilor intermoleculare din solid poate fi dedusă prin măsurarea punctului său de topire. Un solid care rezistă la temperaturi scârboase trebuie să aibă o structură foarte stabilă.

În general, solidele covalente nonpolare au puncte de topire mai mici decât solidele polovalice, ionice și metalice.

Experiment pentru a explica fuziunea pentru copii și adolescenți

Cupole de gheață colorate

Acesta este poate unul dintre cele mai simple și experimentale experimente pentru a explica fuziunea copiilor. Ai nevoie:

-Unele plăci, în așa fel încât atunci când apa îngheață în ele formează cupole

-O tavă mare pentru a asigura o suprafață în care gheața se poate topi fără a provoca ravagii

-Salt (poate fi cel mai ieftin de pe piață)

-Colorare vegetală și un picurator sau o lingură pentru a le adăuga

După ce au fost obținute cupole de gheață și așezate pe tavă, se adaugă o cantitate relativ mică de sare la suprafața lor. Simplul contact al sării cu gheața va provoca râuri de apă care vor uda tava.

Acest lucru se datorează faptului că gheața are o afinitate ridicată pentru sare și apare o soluție al cărei punct de topire este mai mic decât cel al gheții.

În cupole se adaugă câteva picături de colorare alimentară. Culoarea va pătrunde în tunelurile cupolei și în toți porii ei, ca primele consecințe ale topirii sale. Rezultatul este un carnaval de culori prinse în gheață.

În cele din urmă, coloranții se vor amesteca în apa din tavă, oferind un alt spectacol vizual micilor spectatori.

Dulap termic

În interiorul unui dulap cu temperatură controlată, pot fi introduse o serie de substanțe în recipiente rezistente la căldură. Scopul acestui experiment este de a arăta adolescenților că fiecare substanță are propriul său punct de topire.

Ce substanțe pot fi alese? Logic, nici metale, nici săruri nu pot intra în dulap, deoarece acestea se topesc la temperaturi peste 500ºC (dulapul s-ar topi).

Prin urmare, din lista substanțelor, ar putea fi alese cele care nu depășesc 100ºC, de exemplu: mercur (presupunând că dulapul poate fi răcit sub -40ºC), gheață, ciocolată, parafină și acid palmitic.

Adolescenții (și și copiii) ar privi mercurul transformându-se într-un lichid negru metalic; și apoi topirea gheții albe, barele de ciocolată, acidul palmitic și, în sfârșit, lumânarea cu parafină.

Pentru a explica de ce parafină se topește la temperaturi mai mari decât ciocolata, va fi necesară analiza structurilor sale.

Dacă ambele parafină și acidul palmitic sunt compuși organici, primul trebuie să fie format dintr-o moleculă mai grea, sau o moleculă mai polară (sau ambele în același timp). Oferirea unei explicații a acestor observații ar putea fi lăsată ca teme pentru studenți.

Referințe

1. Van't Hul J. (24 iulie 2012). Experiență de topire a științei cu gheața cu acuarele cu sare și lichide. Recuperat de la: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Fapte amuzante despre Punctul de topire pentru copii. Știință ușoară pentru copii. Recuperat de la: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (2015, 11 iunie). Experiment de știință simplă pentru copii: Ce se topește în soare? Frugal Fun for Boys and Girls. Recuperat de la: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
5. h2g2. (03 octombrie 2017). Puncte de topire ale unor substanțe comune. Recuperat de la: h2g2.com
6. Universitatea Deschisă. (2006-08-03). Puncte de topire. Recuperat din: open.edu
7. Lumen, Chimie pentru non-majori. (Sf). Punct de topire. Recuperat de la: courses.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13 aprilie 2018). Ce factori afectează punctul de topire? Sciencing. Recuperat de la: știința.com