FUSION: Z ČEHO SE SKLÁDÁ, PŘÍKLADY A EXPERIMENT - CHEMIE - 2025

Fúze je změna stavu z pevné látky na kapalinu pro látku v teplotním rozmezí. Má-li látka vysoký stupeň čistoty, odpovídá rozmezí specifické teplotě: bod tání. A když existuje určitý stupeň nečistot, je teplota tání reprezentována rozsahem (např. 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. Potom první kapky následují další kapky a dokud veškerá pevná látka neztaje, její teplota zůstává konstantní.

Zdroj: Pixabay

Proč? Protože veškeré teplo je spotřebováváno, aby produkovalo více kapaliny, místo toho, aby jej zahřívalo. Proto pevná látka a kapalina mají stejnou teplotu a koexistují v rovnováze. Pokud je dodávka tepla konstantní, rovnováha skončí posunem k úplné tvorbě kapaliny.

Z tohoto důvodu, jakmile se ledová stalaktit začne tát na jaře, jakmile začne změna stavu, nekončí, dokud nebude přeměněna na kapalnou vodu. Na obrázku výše je vidět, že i ledové krystaly vznášejí uvnitř visící kapky.

Stanovení teploty tání neznámé látky je vynikajícím testem pro její identifikaci (pokud neobsahuje mnoho nečistot).

To také ukazuje, jak silné jsou interakce mezi molekulami, které tvoří pevnou látku; jak se taví při vyšších teplotách, tím silnější budou jeho mezimolekulární síly.

Co je sloučení?

Fúze spočívá ve změně stavu z pevné na kapalnou. Molekuly nebo atomy v kapalině mají vyšší průměrnou energii, když se pohybují, vibrují a rotují při vyšších rychlostech. V důsledku toho dochází ke zvětšení mezimolekulárního prostoru, a tedy ke zvýšení objemu (i když tomu tak není u vody).

Jak v pevné látce, molekuly jsou v kompaktnějším uspořádání, postrádají svobody v jejich pohybu a mají nižší průměrnou energii. Aby došlo k přechodu pevná látka-kapalina, musí molekuly nebo atomy pevné látky vibrovat při vyšších rychlostech absorbováním tepla.

Jak to vibruje, skupina molekul se oddělí, které se spojí a vytvoří první kapku. Fúze tedy není nic jiného než roztavení pevné látky způsobené působením tepla. Čím vyšší je teplota, tím rychleji se látka rozpustí.

Zejména může fúze vést k tvorbě tunelů a pórů v pevné látce. To lze prokázat prostřednictvím specializovaného experimentu pro děti.

Taveniny pevných směsí a emulzí

Zdroj: Pixabay

Zmrzlina

Tavení se vztahuje k tání látky nebo směsi za tepla. Tento termín se však také používá k označení tání jiných látek, které nejsou přísně klasifikovány jako pevné látky: emulze.

Ideálním příkladem je zmrzlina. Jsou to emulze zmrzlé vody (av některých případech krystalizované) se vzduchem a tuky (mléko, smetana, kakao, máslo atd.).

Zmrzlina se taví nebo taje, protože led překračuje bod tání, vzduch začíná unikat a kapalina končí tažením ostatních složek.

Chemie zmrzliny je nesmírně složitá a při zvažování definice fúze představuje zajímavý bod a zvědavost.

Sladký a slaný led

Pokud jde o jiné pevné směsi, nelze pro analytické účely správně hovořit o teplotě tání; to znamená, že to není rozhodující kritérium pro identifikaci jedné nebo více látek. Ve směsi se při roztavení jedné složky mohou ostatní rozpustit v kapalné fázi, což je diagonálně protilehlé k roztavení.

Například pevná směs ledu, cukru a soli se zcela roztaví, jakmile se led začne tát. Protože cukr a sůl jsou ve vodě velmi rozpustné, rozpustí je, ale to neznamená, že se cukr a sůl roztavily.

Příklady

V kuchyni

Některé běžné příklady fúze najdete v kuchyni. Másla, čokolády, žvýkačky a jiné sladkosti se tají, pokud dostávají přímé teplo ze slunce nebo pokud jsou uzavřeny v horkých prostorech. Některé bonbóny, jako jsou marshmallows, jsou záměrně rozpuštěny pro nejlepší potěšení z jejich chutí.

Mnoho receptů uvádí, že jedna nebo více přísad musí být před přidáním nejprve roztavena. Mezi tyto přísady patří také sýry, tuky a med (velmi viskózní).

V ozdobách

K ozdobení určitých prostor a předmětů se používají kovy, sklo a keramika s různými vzory. Tyto ozdoby lze vidět na terase budovy, ve skle a mozaice některých zdí nebo v položkách na prodej uvnitř klenotníků.

Všechny jsou složeny z materiálů, které se taví při velmi vysokých teplotách, takže se musí nejprve roztavit nebo změkčit, aby je mohly zpracovat a dát jim požadované tvary.

Právě zde se pracuje na žhavém železě, stejně jako kováři při výrobě zbraní, nástrojů a jiných předmětů. Fúze rovněž umožňuje získat slitiny svařováním dvou nebo více kovů v různých hmotnostních poměrech.

Z roztaveného skla můžete vytvářet ozdobné postavy, jako jsou koně, labutě, muži a ženy, cestovní suvenýry atd.

V přírodě

Hlavní příklady tání v přírodě lze vidět v tání ledovců; v lávě směs hornin roztavená intenzivním teplem uvnitř sopek; a ve kůře planety, kde převládá přítomnost tekutých kovů, zejména železa.

Teploty tání nejběžnějších látek

Níže je uvedena řada běžných látek s jejich příslušnými body tání:

- 0 ° C

-Parafin, 65,6 ° C

- čokolády, 15,6 - 36,1 ° C (všimněte si, že se jedná o teplotní rozmezí, protože existují čokolády, které se taví při nižších nebo vyšších teplotách)

-Palmitová kyselina, 63 ° C

-Agar, 85 ° C

-Fosfor, 44 ° C

-Hliník, 658 ° C

-Calcium, 851 ° C

-Gold, 1083 ° C

-Copper, 1083 ° C

-Iron, 1530 ° C

–Mercury, -39 ° C (je kapalný při pokojové teplotě)

-Methanový plyn, -182 ° C

-Etanol, -117 ° C

-Grafitový uhlík, 4073 ° C

-Diamondové 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 uspořádáním molekul.

Malé nepolární molekuly, jako je metanový plyn a ethanol, neinteragují dostatečně silně, aby zůstaly pevné při pokojové teplotě.

Ze zbytku lze odvodit sílu intermolekulárních interakcí v pevné látce měřením jeho teploty tání. Pevná látka, která vydrží spalující teploty, musí mít velmi stabilní strukturu.

Obecně mají nepolární kovalentní pevné látky nižší teploty tání než polární, iontové a kovové kovalentní pevné látky.

Experiment k vysvětlení fúze pro děti a dospívající

Barevné ledové kopule

To je možná jeden z nejmalebnějších a nejjednodušších experimentů, které dětem vysvětlují fúze. Potřebuješ:

- Některé talíře tak, že když v nich voda zamrzne, vytvoří kupu

- Velký podnos pro zajištění povrchu, kde se může led roztavit, aniž by způsobil chaos

-Salt (může být nejlevnější na trhu)

-Vegetable zbarvení a kapátko nebo lžíce je přidat

Jakmile jsou ledové kopule získány a umístěny na podnos, přidá se na jejich povrch relativně malé množství soli. Pouhý kontakt soli s ledem způsobí řeky vody, které smáčejí podnos.

Je to proto, že led má vysokou afinitu k soli a dochází k roztoku, jehož teplota tání je nižší než teplota tání ledu.

Do kopulí se pak přidá několik kapek potravinářského barviva. Barva pronikne tunely kupole a všech jejích pórů, což jsou první důsledky jejího roztavení. Výsledkem je karneval barev uvězněných uvnitř ledu.

Nakonec se barviva smíchají ve vodě v misce a malým divákům dají další vizuální podívanou.

Tepelná skříň

Ve skříni s řízenou teplotou může být do nádob odolných vůči teplu umístěno množství látek. Účelem tohoto experimentu je ukázat dospívajícím, že každá látka má svůj vlastní bod tání.

Jaké látky lze vybrat? Logicky nemohou do skříně vniknout ani kovy, ani soli, protože se taví při teplotách nad 500 ° C (skříň by se roztavila).

Ze seznamu látek by proto mohly být vybrány například látky, které nepřesahují 100 ° C, například: rtuť (za předpokladu, že skříň může být chlazena pod -40 ° C), led, čokoláda, parafin a kyselina palmitová.

Teenageři (a také děti) by sledovali, jak se rtuť mění v kovovou černou tekutinu; a poté tání bílého ledu, čokoládových tyčinek, kyseliny palmitové a nakonec parafinové svíčky.

Pro vysvětlení, proč se parafin topí při vyšších teplotách než čokoláda, bude nutné analyzovat jeho strukturu.

Pokud jsou jak parafin, tak kyselina palmitová organické sloučeniny, musí být první složena z těžší molekuly nebo polárnější molekuly (nebo obou současně). Vysvětlení těchto pozorování by mohlo být ponecháno jako domácí úkol pro studenty.

Reference

1. Van't Hul J. (24. července 2012). Experiment na tání ledu se solnými a tekutými akvarely. Obnoveno z: artfulparent.com
2. Tobine, Declane. (2018). Zábavná fakta o bodu tání pro děti. Snadná věda pro děti. Obnoveno z: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (2015, 11. června). Jednoduchý vědecký experiment pro děti: Co se tají na slunci? Skromná zábava pro chlapce a dívky. Obnoveno z: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
5. h2g2. (3. října 2017). Body tání některých běžných látek. Obnoveno z: h2g2.com
6. Otevřená univerzita. (2006-08-03). Body tání. Obnoveno z: open.edu
7. Lumen, chemie pro nevlastníky. (sf). Bod tání. Obnoveno z: courses.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13. dubna 2018). Jaké faktory ovlivňují bod tání? Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com