PEMEJALAN: TITIK DAN CONTOH PEMEJALAN - KIMIA - 2025

The pemejalan adalah cecair yang mengalami perubahan apabila ia berpindah kepada fasa pepejal. Cecair itu boleh menjadi bahan atau campuran tulen. Begitu juga, perubahan tersebut mungkin disebabkan oleh penurunan suhu atau akibat reaksi kimia.

Bagaimana fenomena ini dapat dijelaskan? Secara visual, cecair mula berubah menjadi membatu atau mengeras, sehingga berhenti mengalir dengan bebas. Walau bagaimanapun, pemejalan sebenarnya terdiri daripada serangkaian langkah yang berlaku pada skala mikroskopik.

Sumber: Pixabay

Contoh pemejalan adalah gelembung cecair yang membeku. Dalam gambar di atas anda dapat melihat bagaimana gelembung membeku ketika bersentuhan dengan salji. Apakah bahagian gelembung yang mula padat? Yang bersentuhan langsung dengan salji. Salji berfungsi sebagai penyokong di mana molekul gelembung dapat menetap.

Pemejalan cepat dicetuskan dari bahagian bawah gelembung. Ini dapat dilihat pada "pain glazed" yang meluas ke seluruh permukaan. Pinus ini mencerminkan pertumbuhan kristal, yang tidak lebih daripada susunan molekul yang tersusun dan simetri.

Agar pemejalan berlaku, zarah-zarah cecair boleh disusun sedemikian rupa sehingga saling berinteraksi antara satu sama lain. Interaksi ini menjadi lebih kuat apabila suhu menurun, yang mempengaruhi kinetik molekul; iaitu, mereka melambatkan dan menjadi sebahagian daripada kristal.

Proses ini dikenali sebagai penghabluran, dan kehadiran inti (agregat kecil partikel) dan sokongan mempercepat proses ini. Setelah cecair itu mengkristal, ia kemudian dikatakan pekat atau beku.

Entalpi pemejalan

Tidak semua bahan padat pada suhu yang sama (atau di bawah rawatan yang sama). Sebilangan bahkan "beku" di atas suhu bilik, seperti pepejal lebur tinggi. Ini bergantung pada jenis zarah yang membentuk pepejal atau cecair.

Dalam pepejal, ini berinteraksi dengan kuat dan tetap bergetar pada kedudukan tetap di ruang, tanpa kebebasan bergerak dan dengan isipadu yang ditentukan, sementara di dalam cecair, mereka mempunyai kemampuan untuk bergerak sebagai banyak lapisan yang bergerak di atas satu sama lain, menempati isipadu bekas yang mengandunginya.

Pepejal memerlukan tenaga haba untuk masuk ke fasa cecair; dengan kata lain, ia memerlukan panas. Ia mendapat haba dari persekitarannya, dan jumlah terkecil yang diserapnya untuk menghasilkan titisan cecair pertama dikenali sebagai haba pelakuran pendam (ΔHf).

Sebaliknya, cecair mesti melepaskan haba ke persekitarannya untuk memerintahkan molekulnya dan mengkristal ke fasa pepejal. Haba yang dilepaskan adalah kepanasan laten atau pembekuan (ΔHc). Kedua-dua ΔHf dan ΔHc sama besarnya tetapi dengan arah yang bertentangan; yang pertama mempunyai tanda positif, dan yang kedua adalah tanda negatif.

Mengapa suhu tetap dalam pemejalan?

Pada titik tertentu cecair mula membeku, dan termometer membaca suhu T. Selagi cecair belum padat sepenuhnya, T tetap stabil. Oleh kerana ΔHc mempunyai tanda negatif, ia terdiri daripada proses eksotermik yang melepaskan haba.

Oleh itu, termometer akan membaca haba yang dikeluarkan oleh cecair semasa perubahan fasa, mengatasi penurunan suhu yang dikenakan. Contohnya, jika bekas yang mengandungi cecair dimasukkan ke dalam tab mandi ais. Oleh itu, T tidak menurun sehingga pemejalan selesai sepenuhnya.

Unit apa yang menyertai pengukuran haba ini? Biasanya kJ / mol atau J / g. Ini ditafsirkan sebagai berikut: kJ atau J adalah jumlah haba yang diperlukan oleh 1 mol cecair atau 1 g untuk dapat menyejukkan atau memejal.

Untuk kes air, misalnya, ΔHc sama dengan 6.02 kJ / mol. Maksudnya, 1 mol air tulen perlu mengeluarkan 6.02 kJ haba untuk membeku, dan panas inilah yang menjadikan suhu tetap dalam proses. Begitu juga, 1 mol ais perlu menyerap 6.02 kJ haba untuk mencair.

Titik pemejalan

Suhu yang tepat di mana proses berlaku dikenali sebagai titik pemejalan (Tc). Ini berbeza dalam semua bahan bergantung pada seberapa kuat interaksi molekulnya dalam pepejal.

Kesucian juga merupakan pemboleh ubah penting, kerana pepejal yang tidak murni tidak menguat pada suhu yang sama dengan yang murni. Ini dikenali sebagai menurunkan titik beku. Untuk membandingkan titik pemejalan zat, perlu digunakan sebagai rujukan yang semurni mungkin.

Namun, hal yang sama tidak dapat diterapkan pada penyelesaian, seperti dalam hal paduan logam. Untuk membandingkan titik pemejalannya, campuran dengan perkadaran jisim yang sama mesti dipertimbangkan; iaitu dengan kepekatan komponen yang sama.

Tentunya, titik pemejalan adalah kepentingan ilmiah dan teknologi yang berkaitan dengan aloi dan jenis bahan lain. Ini kerana, dengan mengawal waktu dan bagaimana ia disejukkan, beberapa sifat fizikal yang diinginkan dapat diperoleh atau yang tidak sesuai untuk aplikasi tertentu dapat dielakkan.

Atas sebab ini pemahaman dan kajian konsep ini sangat penting dalam metalurgi dan mineralogi, serta dalam sains lain yang layak untuk membuat dan mencirikan bahan.

Titik pemejalan dan lebur

Secara teorinya Tc harus sama dengan suhu atau takat lebur (Tf). Walau bagaimanapun, ini tidak selalu berlaku untuk semua bahan. Sebab utama adalah kerana, pada pandangan pertama, lebih mudah mengacaukan molekul pepejal daripada memerintahkan molekul cair.

Oleh itu, lebih disukai dalam praktiknya menggunakan Tf untuk mengukur secara kualitatif kemurnian sebatian. Contohnya, jika sebatian X mempunyai banyak kekotoran, maka Tfnya akan lebih jauh dari X yang tulen dibandingkan dengan sebatian yang mempunyai ketulenan yang lebih tinggi.

Susunan molekul

Seperti yang telah diperkatakan setakat ini, pemejalan berlaku hingga penghabluran. Sebilangan bahan, memandangkan sifat molekul dan interaksinya, memerlukan suhu dan tekanan tinggi yang sangat rendah untuk dapat memejal.

Contohnya, nitrogen cair diperoleh pada suhu di bawah -196ºC. Untuk memantapkannya, adalah perlu untuk menyejukkannya lebih banyak lagi, atau meningkatkan tekanan di atasnya, sehingga memaksa molekul N ₂ bergumpal bersama untuk mewujudkan inti penghabluran.

Perkara yang sama boleh dipertimbangkan untuk gas lain: oksigen, argon, fluorin, neon, helium; dan yang paling melampau, hidrogen, yang fasa padatnya telah menarik banyak minat untuk sifatnya yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Sebaliknya, bekas yang paling terkenal ialah ais kering, yang tidak lebih dari CO _2, yang wap putihnya disebabkan oleh penyempitannya pada tekanan atmosfera. Ini telah digunakan untuk mencipta jerebu di atas panggung.

Untuk sebatian untuk memantapkannya tidak hanya bergantung pada Tc, tetapi juga tekanan dan pemboleh ubah lain. Semakin kecil molekul (H ₂ ) dan semakin lemah interaksinya, semakin sukar untuk mendapatkannya ke keadaan pepejal.

Supercooling

Cecair, sama ada bahan atau campuran, akan mula membeku pada suhu pada titik pemejalan. Walau bagaimanapun, dalam keadaan tertentu (seperti ketulenan tinggi, waktu penyejukan yang perlahan, atau persekitaran yang sangat bertenaga), cecair tersebut dapat mentolerir suhu yang lebih rendah tanpa beku. Ini dipanggil supercooling.

Masih belum ada penjelasan mutlak mengenai fenomena tersebut, tetapi teori ini menyokong bahawa semua pemboleh ubah yang menghalang pertumbuhan nukleus penghabluran mempromosikan supercooling.

Kenapa? Kerana dari inti kristal besar terbentuk setelah menambahkan molekul dari sekelilingnya ke dalamnya. Sekiranya proses ini terhad, walaupun suhunya di bawah Tc, cairan akan tetap tidak berubah, seperti yang terjadi pada tetesan kecil yang membentuk dan membuat awan terlihat di langit.

Semua cecair supercooled metastable, iaitu, mereka terdedah kepada gangguan luaran sedikit pun. Contohnya, jika anda menambahkan sedikit ais ke dalamnya, atau menggoncangkannya sedikit, ia akan membeku seketika, yang merupakan eksperimen yang menyeronokkan dan mudah dilakukan.

Contoh pemejalan

-Walaupun bukan pepejal itu sendiri, gelatin adalah contoh proses pemejalan dengan menyejukkan.

-Kaca bersatu digunakan untuk membuat dan merancang banyak objek, yang setelah disejukkan, mengekalkan bentuk akhir yang ditentukan.

-Seperti gelembung membeku ketika bersentuhan dengan salji, sebotol soda dapat menjalani proses yang sama; dan jika ia sejuk, pembekuannya akan seketika.

-Apabila lava muncul dari gunung berapi yang menutupi tepinya atau permukaan bumi, ia menguat ketika kehilangan suhu, hingga menjadi batuan beku.

-Egg dan kek padat dengan kenaikan suhu. Begitu juga, mukosa hidung melakukannya tetapi kerana dehidrasi. Contoh lain juga terdapat pada cat atau gam.

Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa pemejalan tidak berlaku dalam kes terakhir sebagai produk penyejukan. Oleh itu, hakikat bahawa cecair mengeras tidak semestinya membeku (tidak mengurangkan suhunya dengan ketara); tetapi apabila cecair membeku, ia akan menjadi pekat.

Lain-lain:

- Penukaran air menjadi ais: ini berlaku pada suhu 0 ° C menghasilkan ais, salji atau kiub glasier.

- Lilin lilin yang meleleh dengan api dan menguat semula.

- Pembekuan makanan untuk pemeliharaannya: dalam kes ini, molekul air dibekukan di dalam sel daging atau sayur-sayuran.

- Pukulan kaca: ini meleleh untuk memberikan bentuk dan kemudian menguat.

- Pembuatan ais krim: mereka biasanya tenusu yang padat.

- Dalam memperoleh karamel, gula cair dan pekat.

- Mentega dan marjerin adalah asid lemak dalam keadaan pepejal.

- Metalurgi: dalam pembuatan jongkong atau balok atau struktur logam tertentu.

- Semen adalah campuran batu kapur dan tanah liat yang, apabila dicampurkan dengan air, mempunyai sifat pengerasan.

- Dalam pembuatan coklat, serbuk koko dicampurkan dengan air dan susu, yang apabila dikeringkan, padat.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Pembekuan. Diambil dari: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16 Mei 2008). Pemejalan. . Diambil dari: infohost.nmt.edu/
4. Peleburan dan pemejalan. Diambil dari: juntadeandalucia.es
5. Carter Dr. Pemejalan lebur. Diambil dari: itc.gsw.edu/
6. Penjelasan eksperimen supercooling: mengapa air tidak membeku di awan. Diambil dari: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Jun 2018). Definisi dan Contoh Pemejalan. Diambil dari: thinkco.com