The fúze je změna skupenství z pevné látky na kapalinu pro látku v teplotním rozmezí. Pokud má látka vysoký stupeň čistoty, odpovídá rozmezí konkrétní teplotě: teplotě tání. A když existuje určitý stupeň nečistot, je bod tání reprezentován rozsahem (například 120-122 ° C).
Je to jeden z nejběžnějších fyzikálních procesů v přírodě. Pevné látky absorbují teplo a zvyšují jejich teplotu, dokud se nezačnou tvořit první kapky kapaliny. Poté po prvních kapkách následují další kapky a dokud se veškerá pevná látka neroztaje, její teplota zůstane konstantní..
Proč? Protože veškeré teplo se spotřebovává k produkci více kapaliny, místo k jejímu ohřívání. Proto má pevná látka a kapalina stejnou teplotu a koexistují v rovnováze. Pokud je dodávka tepla konstantní, rovnováha se nakonec posune k úplné tvorbě kapaliny.
Z tohoto důvodu, když se ledový stalaktit začne tát na jaře, jakmile začne změna stavu, neskončí, dokud nebude přeměněn na kapalnou vodu. Na obrázku výše je vidět, že dokonce i některé ledové krystaly plují uvnitř visící kapky.
Stanovení bodu tání neznámé látky je vynikajícím testem k její identifikaci (pokud neobsahuje mnoho nečistot).
Také odhaluje, jak silné jsou interakce mezi molekulami, které tvoří pevnou látku; jak se taví při vyšších teplotách, tím silnější budou jeho mezimolekulární síly.
Rejstřík článků
Fúze spočívá ve změně skupenství z pevného na kapalný. Molekuly nebo atomy v kapalině mají vyšší průměrnou energii, když se pohybují, vibrují a rotují při vyšších rychlostech. V důsledku toho vzniká zvětšení mezimolekulárního prostoru, a tudíž zvětšení objemu (i když tomu tak není u vody)..
Protože v pevné látce jsou molekuly v kompaktnějším uspořádání, chybí jim svoboda v pohybu a mají nižší průměrnou energii. Aby došlo k přechodu pevná látka-kapalina, musí molekuly nebo atomy pevné látky vibrovat při vyšších rychlostech absorpcí tepla..
Jak vibruje, oddělí se sada molekul, které se spojí a vytvoří první kapku. A tak fúze není nic jiného než roztavení pevné látky způsobené účinkem tepla. Čím vyšší je teplota, tím rychleji se pevná látka roztaje.
Fúze může zejména vést k tvorbě tunelů a pórů v pevné látce. To lze demonstrovat prostřednictvím speciálního experimentu pro děti.
Tavením se rozumí tavení látky nebo směsi teplem. Tento termín se však také používá k označení tání jiných látek, které nejsou striktně klasifikovány jako pevné látky: emulze.
Ideálním příkladem je zmrzlina. Jsou to emulze zmrzlé vody (a v některých krystalizované) se vzduchem a tuky (mléko, smetana, kakao, máslo atd.).
Zmrzlina se roztaví nebo roztaje, protože led překročí svůj bod tání, vzduch začne unikat a kapalina skončí tažením zbytku svých složek.
Chemie zmrzliny je extrémně složitá a při posuzování definice fúze představuje zajímavý bod a zvědavost.
Pokud jde o jiné pevné směsi, nelze pro analytické účely správně hovořit o teplotě tání; to znamená, že nejde o rozhodující kritérium pro identifikaci jedné nebo více látek. Když se jedna složka roztaví, ve směsi se mohou ostatní rozpustit v kapalné fázi, která je úhlopříčně opačná k fúzi..
Například pevná směs ledu, cukru a soli se úplně roztaví, jakmile se led začne tát. Vzhledem k tomu, že cukr a sůl jsou velmi rozpustné ve vodě, rozpustí je, ale to neznamená, že se cukr a sůl roztavily..
Některé běžné příklady fúze lze nalézt v kuchyni. Másla, čokoláda, guma a jiné sladkosti se taví, pokud jsou vystaveny přímému slunečnímu záření nebo jsou uzavřeny v horkých prostorách. Některé sladkosti, jako jsou marshmallows, jsou záměrně roztaveny pro nejlepší požitek z jejich chutí.
Mnoho receptů uvádí, že jedna nebo více ingrediencí musí být před přidáním nejprve roztavena. Mezi tyto přísady patří také sýry, tuky a med (velmi viskózní).
K zdobení určitých prostorů a předmětů se používají kovy, sklo a keramika s různými vzory. Tyto ozdoby lze vidět na terase budovy, ve skle a mozaikách některých stěn nebo v předmětech k prodeji uvnitř klenotníků.
Všechny jsou vyrobeny z materiálů, které se taví při velmi vysokých teplotách, takže je třeba je nejprve roztavit nebo změkčit, aby bylo možné je zpracovat a dát jim požadované tvary.
Právě zde se zpracovává žárovkové železo, jak to dělají kováři při výrobě zbraní, nástrojů a dalších předmětů. Podobně fúze umožňuje získat slitiny svařením dvou nebo více kovů v různých hmotnostních poměrech..
Z roztaveného skla můžete vytvářet dekorativní postavy, jako jsou koně, labutě, muži a ženy, cestovní suvenýry atd..
Hlavní příklady tání v přírodě lze spatřit v tání ledovců; v lávě směs hornin roztavených intenzivním teplem uvnitř sopek; a v kůře planety, kde převládá přítomnost tekutých kovů, zejména železa.
Níže je uvedena řada běžných látek s příslušnými teplotami tání:
-Led, 0 ° C
-Parafín, 65,6 ° C
-Čokolády, 15,6-36,1 ° C (všimněte si, že se jedná o teplotní rozsah, protože existují čokolády, které se taví při nižších nebo vyšších teplotách)
-Kyselina palmitová, 63 ° C
-Agar, 85 ° C
-Fosfor, 44 ° C
-Hliník, 658 ° C
-Vápník, 851 ° C
-Zlato, 1083 ° C
-Měď, 1083 ° C
-Železo, 1530 ° C
-Rtuť, -39 ° C (je kapalný při pokojové teplotě)
-Plynný metan, -182 ° C
-Ethanol, -117 ° C
-Grafitový uhlík, 4073 ° C
-Diamantové uhlí, 4096 ° C
Jak je vidět, obecně mají kovy díky svým kovovým vazbám nejvyšší teploty tání. Uhlík je však převyšuje, přestože má kovalentní vazby, ale s velmi stabilním molekulárním uspořádáním.
Malé nepolární molekuly, jako je plynný methan a ethanol, neinteragují dostatečně silně, aby zůstaly pevné při pokojové teplotě.
Ze zbytku lze sílu intermolekulárních interakcí uvnitř pevné látky odvodit měřením její teploty tání. Pevná látka, která odolává prudkým teplotám, musí mít velmi stabilní strukturu.
Obecně mají nepolární kovalentní pevné látky nižší teploty tání než polární, iontové a kovové kovalentní pevné látky.
Toto je možná jeden z nejvíce uměleckých a nejjednodušších experimentů, které vysvětlují fúzi dětem. Potřebuješ:
-Některé talíře takovým způsobem, že když v nich voda zamrzne, vytvoří kupole
-Velký podnos, který zajistí povrch, kde se led může roztát, aniž by došlo ke zmatku
-Sůl (může být nejlevnější na trhu)
-Rostlinná barviva a kapátko nebo lžíce k jejich přidání
Jakmile byly získány ledové kopule a umístěny na podnos, je na jejich povrch přidáno relativně malé množství soli. Pouhý kontakt soli s ledem způsobí řeky vody, které navlhčí podnos.
Je to proto, že led má vysokou afinitu k soli a dochází k roztoku, jehož teplota tání je nižší než teplota tání ledu..
Poté se do kopulí přidá několik kapek potravinářského barviva. Barva pronikne tunely kopule a všemi jejími póry, jako první důsledky jejího roztavení. Výsledkem je karneval barev uvězněných uvnitř ledu.
Nakonec budou barviva smíchána s vodou v tácku, což malým divákům poskytne další vizuální podívanou..
Uvnitř skříně s řízenou teplotou lze do tepelně odolných nádob umístit řadu látek. Účelem tohoto experimentu je ukázat teenagerům, že každá látka má svou vlastní teplotu tání..
Jaké látky lze zvolit? Logicky do skříně nemohou vstoupit ani kovy, ani soli, protože se taví při teplotách nad 500 ° C (skříň by se roztavila).
Ze seznamu látek proto lze vybrat ty, které nepřesahují 100 ° C, například: rtuť (za předpokladu, že skříň může být ochlazena pod -40 ° C), led, čokoláda, parafin a kyselina palmitová.
Teenageři (a také děti) sledovali, jak se rtuť promění v kovovou černou tekutinu; a pak roztavení bílého ledu, čokoládové tyčinky, kyselina palmitová a nakonec parafínová svíčka.
Abychom vysvětlili, proč se parafin taví při vyšších teplotách než čokoláda, bude nutné analyzovat jeho struktury.
Pokud jsou parafin i kyselina palmitová organické sloučeniny, musí se první složka skládat z těžší molekuly nebo z více polární molekuly (nebo z obou současně). Vysvětlení těchto pozorování by mohlo být pro studenty ponecháno jako domácí úkol..
Zatím žádné komentáře