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凝固凝固点とその例
の 固化 それは液体が固相に移行するときに経験する変化です。液体は純粋な物質または混合物であり得る。また、この変化は、温度の低下または化学反応の結果である可能性があります.
この現象はどのように説明できるでしょうか。視覚的には、液体は流動化しなくなる程度まで、石化または固まり始めます。しかしながら、凝固は実際には微視的規模で起こる一連の工程からなる。.
凝固の一例は、凍結する気泡である。上の画像では、気泡が雪に当たったときにどのように凍結するかがわかります。固まり始めるバブルの部分は何ですか？雪と直接接触しているもの。雪は、泡の分子を収容することができる支持体として機能します.
凝固は気泡の底から急速に引き起こされる。これは表面全体を覆うように伸びる「グラスパイン」に見ることができます。これらの松は結晶の成長を反映しており、それは分子の規則正しい対称的な配置に他なりません。.
凝固が起こるためには、液体の粒子が互いに相互作用するように配置されていることが必要である。これらの相互作用は温度が下がるにつれて強くなり、それは分子動力学に影響を与えます。つまり、速度が遅くなり、クリスタルの一部になります。.
このプロセスは結晶化として知られており、核（粒子の小さな凝集体）および支持体の存在はこのプロセスを加速する。一旦液体が結晶化すると、それはそれが固化または凍結したと言われる.
索引
- 1固化エンタルピー
- 1.1凝固時に温度が一定のままである理由?
- 2氷点
- 2.1凝固と融点
- 2.2分子秩序
- 3過冷却
- 4凝固の例
- 5参考文献
凝固エンタルピー
すべての物質が同じ温度で（または同じ処理で）固化するわけではありません。高融点の固体で起こるように、室温を超えると「凍結」することさえあります。これは、固体または液体を構成する粒子の種類によって異なります.
固体の中では、それらは強く相互作用し、動きの自由がなく、定義された体積で、空間の固定位置で振動し続けますが、液体の中では、互いに重なり合って動く多数の層のように動く能力を持ちます。それを含むコンテナー.
固体は液相に移動するために熱エネルギーを必要とします。言い換えれば、それは熱が必要です。熱はその周囲から得られ、液体の最初の液滴を生成するために吸収する最小量は融解潜熱（ΔＨｆ）として知られている。.
他方、液体はその分子を秩序化しそして固相で結晶化するためにその周囲に熱を放出しなければならない。放出される熱は、したがって、凝固または凍結の潜熱（ΔＨｃ）である。 ΔＨｆとΔＨｃは大きさは等しいが反対方向である。最初の記号には正の符号が付けられ、2番目の負の記号には符号が付けられています。.
凝固において温度が一定のままである理由?
ある瞬間に液体は凍結し始め、温度計は温度Ｔを示す。完全に凝固していない間、Ｔは一定のままである。 ΔＨｃは負の符号を有するので、それは熱を放出する発熱過程からなる。.
したがって、温度計は、相変化の間に液体によって放出された熱を読み取り、加えられた温度降下を相殺する。たとえば、液体を入れた容器をアイスバスの中に入れたとします。したがって、凝固が完全に完了するまでＴは減少しない。.
どのユニットがこれらの熱の測定に伴いますか？通常kJ / molまたはJ / g。これらは、次のように解釈されます。kJまたはJは、冷却または固化するために1モルの液体または1 gを必要とする熱量です。.
例えば水の場合、ΔＨｃは６．０２ｋＪ ／ ｍｏｌに等しい。すなわち、１モルの純水は、凍結することができるために６．０２ｋＪの熱を放出する必要があり、そしてこの熱はプロセス中の温度を一定に保つものである。同様に、氷1モルは溶融するために6.02 kJの熱を吸収する必要があります。.
氷点
プロセスが起こる正確な温度では、それは凝固点（Ｔｃ）として知られている。これは、それらの分子間相互作用が固体中でどれほど強いかに依存して、全ての物質において変化する。.
不純な固体は純粋な固体と同じ温度では凝固しないため、純度も重要な変数です。上記はとして知られています 凝固点降下. 物質の凝固点を比較するためには、参照としてできるだけ純粋なものを使用する必要があります。.
しかしながら、金属合金の場合のように、同じことを溶液に適用することはできない。それらの凝固点を比較するために、等しい質量比率を有する混合物を考慮すべきである。つまり、その成分の濃度が同じ.
確かに、凝固点は合金および他の種類の材料に関して科学的および技術的に非常に重要である。これは、時間とそれらの冷却方法を制御することで、いくつかの望ましい物理的特性を得たり、特定の用途に不適切なものを避けたりできるためです。.
このため、この概念の理解と研究は、冶金学と鉱物学、そして材料の製造と特性評価に値する他のあらゆる科学において非常に重要です。.
凝固および融点
理論的には、Tcは温度または融点（Tf）と等しくなければなりません。しかし、これは必ずしもすべての物質に当てはまるわけではありません。主な理由は、一見すると液体の分子を秩序付けるよりも固体の分子を破壊する方が簡単だからです。.
それゆえ、実際には、化合物の純度を定性的に測定するためにＴｆに頼ることが好ましい。例えば、化合物Xに多くの不純物が含まれている場合、そのTfは他の高純度のものと比較して純粋なXのTfからより遠くになります。.
分子秩序
これまで述べてきたように、凝固は結晶化に進む。いくつかの物質は、それらの分子の性質およびそれらの相互作用を考えると、凝固するためには非常に低い温度と高い圧力を必要とします。.
例えば、液体窒素は-196ºC以下の温度で得られます。それを固化させるためには、それをさらに冷却するか、または圧力を増大させてN分子をこのように強制することが必要であろう。2 結晶核を作るために一緒にグループ化する.
他のガス、酸素、アルゴン、フッ素、ネオン、ヘリウムなどについても同じことが考えられます。そして最も極端なものとしては、その固相がその前例のない潜在的性質について多くの関心を呼んだ水素。.
一方、最もよく知られているケースは ドライアイス, これはCOに他ならない2 その白い蒸気は大気圧で同じものの昇華によるものです。これらはシナリオでもやを再現するために使用されています.
固化する化合物はTcだけでなく圧力や他の変数にも依存します。分子が小さいほど（H2）そして彼らの相互作用が弱いほど、彼らを固体状態に移行させることはより困難になるでしょう。.
過冷却
液体、物質または混合物は、凝固点の温度で凍結し始めます。しかしながら、特定の条件下（高純度、ゆっくりした冷却時間または非常に活発な環境など）では、液体は凍結することなくより低い温度に耐えることができる。これは過冷却と呼ばれます.
この現象についての絶対的な説明はまだありませんが、結晶核の成長を妨げるすべての変数が過冷却を促進するという理論は成り立ちます.
なんで？周囲の分子をそれらに加えた後に大きな結晶が核から形成されるからです。このプロセスが制限されている場合、たとえ温度がTcより低くても、液体は変化しないままになります。これは、雲を構成して空に見えるようにする小さな液滴の場合と同様です。.
全ての過冷却液体は準安定であり、すなわち、それらはわずかな外乱の影響を受けやすい。たとえば、小さな氷を加えたり、少し振ったりすると、すぐに凍ってしまい、面白い実験が簡単にできます。.
凝固の例
-適切には固体ではないが、ゼラチンは冷却による固化プロセスの一例である。.
-溶融ガラスは、冷却後も最終的に定義された形を保持する多くのオブジェクトを作成および設計するために使用されます。.
-泡が雪と接触して凍ったように、ソーダの瓶も同じプロセスを受けるかもしれません。そしてそれが過冷却されると、その凍結は瞬間的になります.
-溶岩がその端や地球の表面を覆っている火山から噴火するとき、それが火成岩に変わるまで、それが温度を失うとき、それは凝固する.
-卵やケーキは温度の上昇とともに固まります。同様に、鼻の粘膜はしますが脱水症のためです。別の例はまたペンキか接着剤で見つけることができます.
しかしながら、後者の場合には冷却の結果として凝固は起こらないことに注意すべきである。したがって、液体が凝固するという事実は必ずしもそれが凍結することを意味するわけではありません（それはその温度をそれほど低下させません）。しかし液体が凍るとき、それは凝固することになる.
その他
- 水から氷への変換：これは0℃で起こり、氷、雪、または角氷が生じる。.
- 炎と溶けて再び固まる蝋燭のワックス.
- 保存のための食物の凍結：この場合それは肉または野菜の細胞内の水分子を凍結します.
- 吹きガラス：それは溶けて形を作りそれから固まる.
- アイスクリームの製造：通常、それらは凝固する乳製品です.
- 砂糖を溶かし固めたキャンディーを手に入れる.
- バターとマーガリンは固体状態の脂肪酸です.
- 冶金：インゴットまたは梁の製造、あるいは特定の金属の構造.
- セメントは石灰石と粘土の混合物で、水と混ぜると硬化するという性質があります。.
- チョコレートの製造では、ココアパウダーは水と牛乳と混合され、乾燥すると固化します。.
参考文献
- ホワイト、デイビス、ペック、スタンレー。化学（第8版）。 CENGAGEラーニング、p 448、467.
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- 過冷却の実験的説明雲の中で水が凍らない理由撮影者：esrf.eu
- Helmenstine、Anne Marie、Ph.D. （2018年6月22日）。凝固の定義と例撮影者：thoughtco.com