Point de solidification de solidification et exemples

Le solidification c'est le changement qu'un liquide subit lorsqu'il passe à la phase solide. Le liquide peut être une substance pure ou un mélange. En outre, le changement peut être dû à une chute de température ou à une réaction chimique.

Comment expliquer ce phénomène? Visuellement, le liquide commence à être pétrifié ou durci au point de cesser de couler librement. Cependant, la solidification consiste en une série d'étapes qui se produisent à des échelles microscopiques.

Un exemple de solidification est une bulle de liquide qui gèle. Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir comment une bulle gèle lorsqu'elle atteint la neige. Quelle est la partie de la bulle qui commence à se solidifier? Celui qui est en contact direct avec la neige. La neige fonctionne comme un support sur lequel les molécules de la bulle peuvent être logées.

La solidification est rapidement déclenchée par le bas de la bulle. Cela peut être vu dans les "pins de verre" qui s'étendent pour couvrir toute la surface. Ces pins reflètent la croissance des cristaux, qui ne sont que des arrangements ordonnés et symétriques des molécules.

Pour que la solidification se produise, il est nécessaire que les particules du liquide puissent être agencées de manière à interagir les unes avec les autres. Ces interactions se renforcent à mesure que la température diminue, ce qui affecte la cinétique moléculaire; c'est-à-dire qu'ils deviennent plus lents et font partie du cristal.

Ce processus est connu sous le nom de cristallisation, et la présence d'un noyau (petits agrégats de particules) et d'un support accélère ce processus. Une fois le liquide cristallisé, on dit alors qu'il s'est solidifié ou congelé.

Index

• 1 Enthalpie de solidification
  • 1.1 Pourquoi la température reste-t-elle constante dans la solidification?
• 2 point de congélation
  • 2.1 Point de solidification et point de fusion
  • 2.2 Commande moléculaire
• 3 surfusion
• 4 exemples de solidification
• 5 références

Enthalpie de solidification

Toutes les substances ne se solidifient pas à la même température (ou sous le même traitement). Certains «gèlent» même au-dessus de la température ambiante, comme cela se produit avec les solides à haut point de fusion. Cela dépend du type de particules qui composent le solide ou le liquide.

Dans le solide, elles interagissent fortement et restent vibrantes dans des positions fixes de l’espace, sans liberté de mouvement et avec un volume défini, tandis que dans le liquide, elles ont la capacité de se déplacer comme de nombreuses couches qui se déplacent conteneur qui le contient.

Le solide nécessite de l'énergie thermique pour passer dans la phase liquide; En d'autres termes, il a besoin de chaleur. La chaleur provient de son environnement et la quantité minimale qui absorbe la première goutte de liquide est appelée chaleur de fusion latente (ΔHf).

D'autre part, le liquide doit libérer de la chaleur dans son environnement pour ordonner ses molécules et cristalliser dans la phase solide. La chaleur dégagée est alors la chaleur latente de solidification ou de congélation (ΔHc). AHf et AHc ont tous deux une amplitude égale mais des directions opposées; le premier a un signe positif et le second signe négatif.

Pourquoi la température reste-t-elle constante dans la solidification?

A un certain moment, le liquide commence à geler et le thermomètre marque une température T. Alors que celui-ci ne s'est pas solidifié complètement, T reste constant. Comme ΔHc a un signe négatif, il s'agit d'un processus exothermique qui libère de la chaleur.

Par conséquent, le thermomètre lit la chaleur dégagée par le liquide pendant son changement de phase, contrecarrant la chute de température imposée. Par exemple, si vous placez le contenant contenant le liquide dans un bain de glace. Ainsi, T ne diminue pas jusqu'à ce que la solidification soit complète dans son intégralité.

Quelles unités accompagnent ces mesures de chaleur? Habituellement, kJ / mol ou J / g. Ceux-ci sont interprétés comme suit: kJ ou J est la quantité de chaleur qui nécessite 1 mole de liquide ou 1 g pour pouvoir refroidir ou se solidifier.

Pour le cas de l'eau, par exemple, ΔHc est égal à 6,02 kJ / mol. C'est-à-dire que 1 mole d'eau pure doit libérer 6,02 kJ de chaleur pour pouvoir geler, et cette chaleur est ce qui maintient la température constante dans le processus. De même, 1 mole de glace doit absorber 6,02 kJ de chaleur pour fondre.

Point de solidification

À la température exacte où le processus se produit, on parle de point de solidification (Tc). Elle varie dans toutes les substances en fonction de la force de leurs interactions intermoléculaires dans le solide.

La pureté est également une variable importante, car un solide impur ne se solidifie pas à la même température qu'un pur. Le ci-dessus est connu sous le nom Point de congélation. Pour comparer les points de solidification d'une substance, il faut utiliser comme référence le plus pur possible.

Cependant, il ne peut en être de même pour les solutions, comme dans le cas des alliages métalliques.Comparer leurs points de solidification doit être considéré comme des mélanges ayant des proportions de masse égales; c'est-à-dire avec des concentrations identiques de ses composants.

Certes, le point de solidification présente un grand intérêt scientifique et technologique pour les alliages et autres variétés de matériaux. En effet, en contrôlant le temps et la manière dont ils refroidissent, vous pouvez obtenir des propriétés physiques souhaitables ou éviter les propriétés inappropriées pour une application particulière.

Pour cette raison, la compréhension et l’étude de ce concept revêtent une grande importance en métallurgie et en minéralogie, ainsi que dans toute autre science qui mérite de fabriquer et de caractériser un matériau.

Solidification et point de fusion

Théoriquement, Tc devrait être égal à la température ou au point de fusion (Tf). Cependant, cela n'est pas toujours vrai pour toutes les substances. La raison principale est que, à première vue, il est plus facile de perturber les molécules du solide que d'ordonner les molécules du liquide.

Par conséquent, il est préférable en pratique de recourir au Tf pour mesurer qualitativement la pureté d'un composé. Par exemple, si un composé X possède de nombreuses impuretés, alors sa Tf sera plus éloignée de celle du X pur que d'une autre avec une pureté supérieure.

Commande moléculaire

Comme on l'a dit jusqu'à présent, la solidification procède à la cristallisation. Certaines substances, compte tenu de la nature de leurs molécules et de leurs interactions, nécessitent des températures et des pressions très élevées pour se solidifier.

Par exemple, l'azote liquide est obtenu à des températures inférieures à -196 ° C. Pour le solidifier, il faudrait le refroidir encore plus ou augmenter la pression sur celui-ci, forçant ainsi les N molécules.₂ regrouper pour créer des noyaux de cristallisation.

La même chose peut être envisagée pour d’autres gaz: oxygène, argon, fluor, néon, hélium; et pour le plus extrême, l'hydrogène, dont la phase solide a suscité beaucoup d'intérêt pour ses propriétés potentielles sans précédent.

Par contre, le cas le plus connu est le glace sèche, qui n'est rien de plus que CO₂ dont les vapeurs blanches sont dues à la sublimation de celle-ci à la pression atmosphérique. Ceux-ci ont été utilisés pour recréer la brume dans les scénarios.

Pour qu'un composé se solidifie ne dépend pas uniquement de Tc, mais aussi de la pression et d'autres variables. Plus les molécules sont petites (H₂) et plus leurs interactions sont faibles, plus il sera difficile de les amener à passer à l'état solide.

Sur-refroidissement

Le liquide, substance ou mélange, commencera à geler à la température au point de solidification. Cependant, dans certaines conditions (telles qu'une grande pureté, un temps de refroidissement lent ou un environnement très énergétique), le liquide peut tolérer des températures plus basses sans geler. Cela s'appelle la surfusion.

Il n'y a pas encore d'explication absolue du phénomène, mais la théorie soutient que toutes les variables qui empêchent la croissance des noyaux de cristallisation favorisent le refroidissement excessif.

Parce que? Parce que de gros cristaux se forment à partir des noyaux après leur avoir ajouté des molécules environnantes. Si ce processus est limité, même si la température est inférieure à Tc, le liquide restera inchangé, comme cela se produit avec les minuscules gouttes qui composent et rendent visibles les nuages ​​dans le ciel.

Tous les liquides surfondus sont métastables, c’est-à-dire qu’ils sont sensibles à la moindre perturbation externe. Par exemple, s'ils ajoutent un petit morceau de glace ou les secouent légèrement, ils gèlent instantanément, ce qui se traduit par une expérience amusante et facile à réaliser.

Exemples de solidification

-Bien qu'il ne s'agisse pas d'un solide, la gélatine est un exemple de processus de solidification par refroidissement.

-Le verre fondu est utilisé pour créer et concevoir de nombreux objets qui, après refroidissement, conservent leurs formes définitives.

- Juste au moment où la bulle se fige au contact de la neige, une bouteille de soda peut subir le même processus; et s'il est en surfusion, sa congélation sera instantanée.

-Lorsque la lave des volcans apparaît, couvrant ses bords ou la surface terrestre, elle se solidifie lorsqu'elle perd de la température, jusqu'à se transformer en roches ignées.

-Les œufs et les gâteaux se solidifient avec une augmentation de la température. De même, la muqueuse nasale le fait mais à cause de la déshydratation. Un autre exemple peut également être trouvé dans la peinture ou les colles.

Cependant, il convient de noter que la solidification ne se produit pas dans ces derniers cas en raison du refroidissement. Par conséquent, le fait qu'un liquide se solidifie ne signifie pas nécessairement qu'il gèle (il ne réduit pas sensiblement sa température); mais quand un liquide gèle, il finit par se solidifier.

Autres:

- La conversion de l'eau en glace: elle se produit à 0 ° C, produisant des glaçons, de la neige ou des glaciers.

- La cire de bougie qui fond avec la flamme et se solidifie à nouveau.

- La congélation de l'aliment pour sa conservation: dans ce cas, il gèle les molécules d'eau à l'intérieur des cellules des viandes ou des légumes.

- Soufflage du verre: il fond pour le façonner puis se solidifie.

- la fabrication de glaces: ce sont généralement des produits laitiers qui se solidifient.

- En obtenant le bonbon qui est fondu et le sucre solidifié.

- Le beurre et la margarine sont des acides gras à l’état solide.

- Métallurgie: dans la fabrication de lingots ou de poutres ou de structures de certains métaux.

- Le ciment est un mélange de calcaire et d'argile qui, lorsqu'il est mélangé à de l'eau, a la propriété de durcir.

- Dans la fabrication du chocolat, le cacao en poudre est mélangé à de l'eau et du lait qui, une fois séché, se solidifie.

Références

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie (8ème éd.). CENGAGE Learning, p 448, 467.
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5. Dr. Carter. Solidification d'une masse fondue. Tiré de: itc.gsw.edu/
6. Explication expérimentale de la surfusion: pourquoi l'eau ne gèle pas dans les nuages. Tiré de: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juin 2018). Définition de la solidification et exemples. Tiré de: thoughtco.com