FUSION: Z ČOHO POZOSTÁVA, PRÍKLADY A EXPERIMENTY - CHÉMIA - 2026

Fúzia je zmena stavu z pevnej látky na kvapalinu pre látku v teplotnom rozmedzí. Ak má látka vysoký stupeň čistoty, rozsah zodpovedá špecifickej teplote: teplota topenia. A keď existuje určitý stupeň nečistôt, teplota topenia je reprezentovaná rozsahom (napr. 120 - 122 ° C).

Je to jeden z najbežnejších fyzikálnych procesov v prírode. Pevné látky absorbujú teplo a zvyšujú svoju teplotu, až kým sa nezačnú tvoriť prvé kvapky kvapaliny. Potom nasledujú ďalšie kvapky po prvých kvapkách a pokiaľ všetka tuhá látka neklesla, jej teplota zostáva konštantná.

Zdroj: Pixabay

Prečo? Pretože všetko teplo sa spotrebúva na výrobu väčšieho množstva tekutín, namiesto ich ohrievania. Preto má tuhá látka a kvapalina rovnakú teplotu a koexistujú v rovnováhe. Ak je dodávka tepla konštantná, rovnováha skončí posunutím do úplnej tvorby tekutiny.

Z tohto dôvodu, keď sa na jar začne topiť ľadová stalaktit, hneď ako sa začne zmena stavu, nekončí, kým sa nezmení na tekutú vodu. Na obrázku vyššie je vidieť, že aj ľadové kryštály plávajú vnútri visiaceho kvapka.

Stanovenie teploty topenia neznámej látky je vynikajúcou skúškou na jej identifikáciu (pokiaľ neobsahuje veľa nečistôt).

Odhaľuje tiež, aké silné sú interakcie medzi molekulami, ktoré tvoria tuhú látku; čím sa topí pri vyšších teplotách, tým silnejšie budú jeho medzimolekulové sily.

Čo je zlúčenie?

Fúzia spočíva v zmene stavu z tuhej na tekutú. Molekuly alebo atómy v kvapaline majú vyššiu priemernú energiu, keď sa pohybujú, vibrujú a rotujú pri vyšších rýchlostiach. Dôsledkom toho je zväčšenie medzimolekulárneho priestoru, a teda zvýšenie objemu (aj keď to tak nie je pri vode).

Podobne ako v pevnej látke sú molekuly v kompaktnejšom usporiadaní, nemajú pri svojom pohybe slobody a majú nižšiu priemernú energiu. Aby prebehol prechod tuhá látka - kvapalina, musia molekuly alebo atómy tuhej látky vibrovať pri vyšších rýchlostiach absorbovaním tepla.

Keď vibruje, skupina molekúl sa oddeľuje, ktoré sa spájajú a tvoria prvú kvapku. Fúzia teda nie je nič iné ako tavenie tuhej látky spôsobené účinkom tepla. Čím vyššia je teplota, tým rýchlejšie sa látka topí.

Fúzia môže viesť najmä k tvorbe tunelov a pórov v pevnej látke. Môže sa to preukázať prostredníctvom špecializovaného experimentu pre deti.

Taveniny tuhých zmesí a emulzií

Zdroj: Pixabay

Zmrzlina

Tavenie sa vzťahuje na tepelné tavenie látky alebo zmesi. Tento výraz sa však tiež používa na označenie topenia iných látok, ktoré nie sú prísne klasifikované ako tuhé látky: emulzie.

Ideálnym príkladom je zmrzlina. Sú to emulzie mrazenej vody (av niektorých prípadoch kryštalizované) so vzduchom a tukmi (mlieko, smotana, kakao, maslo atď.).

Zmrzlina sa topí alebo topí, pretože ľad prekročí teplotu topenia, vzduch začína unikať a tekutina končí ťahaním zvyšku jeho zložiek.

Chémia zmrzliny je mimoriadne zložitá a predstavuje zaujímavý bod a zaujímavosť pri zvažovaní definície fúzie.

Sladký a slaný ľad

Pokiaľ ide o iné tuhé zmesi, nemožno na analytické účely správne hovoriť o teplote topenia; to znamená, že to nie je rozhodujúce kritérium na identifikáciu jednej alebo viacerých látok. V zmesi, keď sa jedna zložka topí, sa môžu ostatné rozpúšťať v kvapalnej fáze, ktorá je diagonálne opačná k roztaveniu.

Napríklad tuhá zmes ľadu, cukru a soli sa úplne roztopí, len čo sa ľad začne topiť. Pretože cukor a soľ sú veľmi dobre rozpustné vo vode, rozpustí ich, ale to neznamená, že sa cukor a soľ rozpustili.

Príklady

V kuchyni

Niektoré bežné príklady fúzie možno nájsť v kuchyni. Másla, čokolády, žuvačky a iné sladkosti sa topia, ak sú vystavené priamemu slnečnému teplu alebo ak sú uzavreté v horúcich priestoroch. Niektoré cukríky, ako napríklad marshmallows, sa zámerne roztopia, aby sa čo najlepšie využili ich chute.

Mnoho receptov uvádza, že jedna alebo viac zložiek sa musí pred pridaním najskôr roztaviť. Syry, tuky a med (veľmi viskózny) patria tiež medzi tieto zložky.

V ozdobách

Na dekoráciu určitých priestorov a predmetov sa používajú kovy, sklo a keramika rôznych vzorov. Tieto ozdoby sú viditeľné na terase budovy, v skle a mozaike niektorých stien alebo vo výrobkoch na predaj vo vnútri klenotníkov.

Všetky sú zložené z materiálov, ktoré sa topia pri veľmi vysokých teplotách, a preto sa musia najprv roztaviť alebo zmäkčiť, aby ich mohli opracovať a dať im požadované tvary.

Práve tu sa pracuje so žiarovým železom, rovnako ako kováči pri výrobe zbraní, náradia a iných predmetov. Fúzia tiež umožňuje získať zliatiny zváraním dvoch alebo viacerých kovov v rôznych hmotnostných pomeroch.

Z roztaveného skla môžete vytvárať ozdobné figúrky, ako sú kone, labute, muži a ženy, cestovné suveníry atď.

V prírode

Hlavné príklady topenia v prírode je možné pozorovať pri topení ľadovcov; v láve zmes hornin roztavená intenzívnym teplom vo vnútri sopiek; a v kôre planéty, kde prevažuje prítomnosť tekutých kovov, najmä železa.

Teploty topenia najbežnejších látok

Nižšie je uvedený zoznam bežných látok s príslušnými teplotami topenia:

-Ice, 0 ° C

-Parafín, 65,6 ° C

- čokoláda, 15,6 - 36,1 ° C (upozorňujeme, že ide o teplotný rozsah, pretože čokolády sa topia pri nižších alebo vyšších teplotách)

- kyselina palmitová, 63 ° C

-Agar, 85 ° C

-Fosfor, 44 ° C

-Hliník, 658 ° C

- Vápnik, 851 ° C

-Gold, 1083 ° C

-Copper, 1083 ° C

-Iron, 1530 ° C

–Mercury, -39 ° C (je kvapalný pri izbovej teplote)

-Metánový plyn, -182 ° C

-Etanol, -117 ° C

- grafitový uhlík, 4073 ° C

- diamantové uhlie, 4096 ° C

Ako je zrejmé, kovy majú všeobecne vďaka svojim kovovým väzbám najvyššie teploty topenia. Uhlík ich však prevyšuje napriek tomu, že má kovalentné väzby, ale s veľmi stabilným usporiadaním molekúl.

Malé nepolárne molekuly, ako napríklad plynný metán a etanol, neinteragujú dostatočne silne, aby zostali pri izbovej teplote tuhé.

Od zvyšku je možné odvodiť silu intermolekulárnych interakcií v pevnej látke zmeraním jej teploty topenia. Pevná látka, ktorá vydrží spálené teploty, musí mať veľmi stabilnú štruktúru.

Všeobecne majú nepolárne kovalentné pevné látky nižšie teploty topenia ako polárne, iónové a kovové kovalentné pevné látky.

Experiment na vysvetlenie fúzie pre deti a dospievajúcich

Farebné ľadové kopule

Toto je možno jeden z najprirodzenejších a najjednoduchších experimentov na vysvetlenie fúzie deťom. Potrebuješ:

- Niektoré taniere tak, že keď v nich voda zamrzne, vytvárajú kupu

-Veľký podnos na zabezpečenie povrchu, kde sa môže topiť ľad bez toho, aby spôsobil chaos

-Salt (môže byť najlacnejší na trhu)

-Vegetable sfarbenie a kvapkadlo alebo lyžicu pridať

Akonáhle boli ľadové kopule získané a umiestnené na podnose, pridá sa na ich povrch pomerne malé množstvo soli. Samotný kontakt soli s ľadom spôsobí rieky vody, ktoré zvlhčia podnos.

Je to tak preto, že ľad má vysokú afinitu k soli a vyskytuje sa roztok, ktorého teplota topenia je nižšia ako teplota topenia ľadu.

Do kopulí sa potom pridá niekoľko kvapiek potravinárskeho farbiva. Farba prenikne do tunelov kupoly a do všetkých jej pórov, čo sú prvé následky jej topenia. Výsledkom je karneval farieb uviaznutých vo vnútri ľadu.

Nakoniec sa farbivá zmiešajú vo vode v podnose a malým divákom poskytnú ďalšiu vizuálnu podívanú.

Tepelná skrinka

V skrinke s regulovanou teplotou sa môže veľa látok umiestniť do tepelne odolných nádob. Účelom tohto experimentu je ukázať dospievajúcim, že každá látka má svoj vlastný bod topenia.

Aké látky je možné zvoliť? Logicky nemôžu do skrinky vniknúť ani kovy, ani soli, pretože sa topia pri teplotách nad 500 ° C (topí sa).

Z tohto dôvodu by sa zo zoznamu látok mohli vybrať napríklad látky, ktoré nepresahujú 100 ° C, napríklad: ortuť (za predpokladu, že sa kabinet môže ochladiť na teplotu pod -40 ° C), ľad, čokoláda, parafín a kyselina palmitová.

Tínedžeri (a tiež deti) by sledovali, ako sa ortuť mení na kovovú čiernu tekutinu; a potom roztavenie bieleho ľadu, čokoládových tyčiniek, kyseliny palmitovej a nakoniec parafínovej sviečky.

Na vysvetlenie, prečo sa parafín topí pri vyšších teplotách ako čokoláda, bude potrebné analyzovať jeho štruktúru.

Ak sú ako parafín, tak kyselina palmitová organické zlúčeniny, tak prvé musia pozostávať z ťažšej molekuly alebo z polárnejšej molekuly (alebo obidvoch súčasne). Vysvetlenie týchto pozorovaní by sa mohlo ponechať ako domáca úloha pre študentov.

Referencie

1. Van't Hul J. (24. júla 2012). Experiment topenia ľadu s soľou a tekutými vodovými farbami. Obnovené z: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Zábavné fakty o bode topenia pre deti. Ľahká veda pre deti. Obnovené z: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (2015, 11. júna). Jednoduchý vedecký experiment pre deti: Čo sa topí na slnku? Záchranná zábava pre chlapcov a dievčatá. Obnovené z: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
5. h2g2. (3. októbra 2017). Teploty topenia niektorých bežných látok. Obnovené z: h2g2.com
6. Open University. (08.03.2006). Teploty topenia. Obnovené z: open.edu
7. Lumen, chémia pre nemajetov. (SF). Bod topenia. Obnovené z: courses.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13. apríla 2018). Aké faktory ovplyvňujú teplotu topenia? Sciencing. Obnovené z: sciencing.com