FUSION: WORAUS ES BESTEHT, BEISPIELE UND EXPERIMENTE - CHEMIE - 2024

Die Fusion ist die Zustandsänderung von fest zu flüssig für eine Substanz in einem Temperaturbereich. Wenn der Stoff einen hohen Reinheitsgrad aufweist, entspricht der Bereich einer bestimmten Temperatur: dem Schmelzpunkt. Und wenn es einen bestimmten Grad an Verunreinigungen gibt, wird der Schmelzpunkt durch einen Bereich dargestellt (z. B. 120-122 ° C).

Es ist einer der häufigsten physikalischen Prozesse in der Natur. Feststoffe nehmen Wärme auf und erhöhen ihre Temperatur, bis sich die ersten Flüssigkeitstropfen zu bilden beginnen. Dann folgen andere Tropfen den ersten, und solange der gesamte Feststoff nicht geschmolzen ist, bleibt seine Temperatur konstant.

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Warum? Weil die gesamte Wärme verbraucht wird, um mehr Flüssigkeit zu produzieren, anstatt diese zu erhitzen. Daher haben der Feststoff und die Flüssigkeit die gleiche Temperatur und koexistieren im Gleichgewicht. Wenn die Wärmezufuhr konstant ist, verschiebt sich das Gleichgewicht zur vollständigen Bildung von Flüssigkeit.

Aus diesem Grund endet ein Eisstalaktit, wenn er im Frühjahr zu schmelzen beginnt, sobald die Zustandsänderung begonnen hat, erst, wenn er in flüssiges Wasser umgewandelt wurde. Im Bild oben ist zu sehen, dass sogar Eiskristalle in einem hängenden Tropfen schweben.

Die Bestimmung des Schmelzpunktes einer unbekannten Substanz ist ein ausgezeichneter Test, um sie zu identifizieren (solange sie nicht viele Verunreinigungen enthält).

Es zeigt auch, wie stark die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen sind, aus denen der Feststoff besteht. Je stärker es bei höheren Temperaturen schmilzt, desto stärker sind seine intermolekularen Kräfte.

Was ist die Fusion?

Die Fusion besteht aus einer Zustandsänderung von fest nach flüssig. Die Moleküle oder Atome in der Flüssigkeit haben eine höhere durchschnittliche Energie, wenn sie sich mit höheren Geschwindigkeiten bewegen, vibrieren und drehen. Infolgedessen führt dies zu einer Vergrößerung des intermolekularen Raums und damit zu einer Vergrößerung des Volumens (obwohl dies bei Wasser nicht der Fall ist).

Da die Moleküle im Feststoff kompakter angeordnet sind, fehlen ihnen Bewegungsfreiheit und sie haben eine niedrigere durchschnittliche Energie. Damit der Fest-Flüssig-Übergang stattfinden kann, müssen die Moleküle oder Atome des Feststoffs durch Absorption von Wärme mit höheren Geschwindigkeiten schwingen.

Während es vibriert, trennt sich eine Reihe von Molekülen, die zusammen den ersten Tropfen bilden. Die Fusion ist also nichts anderes als ein Schmelzen des Feststoffs, das durch die Wirkung von Wärme verursacht wird. Je höher die Temperatur, desto schneller schmilzt der Feststoff.

Insbesondere kann die Fusion zur Bildung von Tunneln und Poren innerhalb des Feststoffs führen. Dies kann durch ein spezielles Experiment für Kinder demonstriert werden.

Schmelzen fester Gemische und Emulsionen

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Die Eiscreme

Schmelzen bezieht sich auf das Wärmeschmelzen einer Substanz oder Mischung. Der Begriff wurde jedoch auch verwendet, um das Schmelzen anderer Substanzen zu bezeichnen, die nicht streng als Feststoffe klassifiziert sind: Emulsionen.

Das ideale Beispiel ist Eis. Sie sind Emulsionen von gefrorenem Wasser (und in einigen Fällen kristallisiert) mit Luft und Fetten (Milch, Sahne, Kakao, Butter usw.).

Das Eis schmilzt oder schmilzt, weil das Eis seinen Schmelzpunkt überschreitet, die Luft zu entweichen beginnt und die Flüssigkeit den Rest ihrer Bestandteile schleppt.

Die Chemie von Eiscreme ist äußerst komplex und stellt einen Punkt von Interesse und Neugier dar, wenn man die Definition von Fusion betrachtet.

Süßes und salziges Eis

In Bezug auf andere feste Gemische kann man für analytische Zwecke nicht richtig von einem Schmelzpunkt sprechen; Das heißt, es ist kein entscheidendes Kriterium für die Identifizierung eines oder mehrerer Substanzen. Wenn eine Komponente in einer Mischung schmilzt, können sich die anderen in der flüssigen Phase lösen, die einer Kernschmelze diagonal entgegengesetzt ist.

Beispielsweise schmilzt eine feste Eis-Zucker-Salz-Mischung vollständig, sobald das Eis zu schmelzen beginnt. Da Zucker und Salz in Wasser sehr gut löslich sind, werden sie aufgelöst, was jedoch nicht bedeutet, dass Zucker und Salz geschmolzen sind.

Beispiele

In der Küche

Einige gängige Beispiele für Fusion finden sich in der Küche. Butter, Pralinen, Gummi und andere Süßigkeiten schmelzen, wenn sie direkter Sonnenwärme ausgesetzt sind oder wenn sie in heißen Räumen eingeschlossen sind. Einige Bonbons, wie Marshmallows, werden absichtlich geschmolzen, um ihre Aromen optimal genießen zu können.

Viele Rezepte besagen, dass eine oder mehrere Zutaten zuerst geschmolzen werden müssen, bevor sie hinzugefügt werden. Zu diesen Zutaten gehören auch Käse, Fette und Honig (sehr viskos).

In den Ornamenten

Zur Dekoration bestimmter Räume und Gegenstände werden Metalle, Glas und Keramik mit unterschiedlichen Designs verwendet. Diese Verzierungen sind auf der Terrasse eines Gebäudes, im Glas und in den Mosaiken einiger Wände oder in den zum Verkauf stehenden Gegenständen in den Juwelieren zu sehen.

Alle bestehen aus Materialien, die bei sehr hohen Temperaturen schmelzen, daher müssen sie zuerst schmelzen oder erweichen, um sie zu bearbeiten und ihnen die gewünschten Formen zu geben.

Hier wird dann Glühbirne verarbeitet, wie es Schmiede bei der Herstellung von Waffen, Werkzeugen und anderen Gegenständen tun. Ebenso ermöglicht das Schmelzen das Erhalten von Legierungen durch Schweißen von zwei oder mehr Metallen in unterschiedlichen Massenanteilen.

Aus geschmolzenem Glas können Sie dekorative Figuren wie Pferde, Schwäne, Männer und Frauen, Reisesouvenirs usw. herstellen.

In der Natur

Die Hauptbeispiele für das Schmelzen in der Natur sind das Schmelzen von Eisbergen; in Lava eine Mischung aus Steinen, die durch die intensive Hitze in Vulkanen geschmolzen sind; und in der Kruste des Planeten, wo das Vorhandensein von flüssigen Metallen, insbesondere Eisen, vorherrscht.

Schmelzpunkte der häufigsten Substanzen

Eine Reihe gängiger Substanzen mit ihren jeweiligen Schmelzpunkten sind nachstehend aufgeführt:

-Eis, 0ºC

-Paraffin, 65,6ºC

-Chocolates, 15.6-36.1ºC (beachten Sie, dass es sich um einen Temperaturbereich handelt, da es Pralinen gibt, die bei niedrigeren oder höheren Temperaturen schmelzen)

-Palmitinsäure, 63ºC

-Agar, 85ºC

-Phosphor, 44ºC

-Aluminium, 658ºC

-Calcium, 851ºC

-Gold, 1083ºC

-Kupfer, 1083ºC

-Eisen, 1530ºC

–Mercury, -39ºC (es ist bei Raumtemperatur flüssig)

-Methangas, -182ºC

-Ethanol, -117ºC

-Graphit-Kohlenstoff, 4073ºC

-Diamantkohle, 4096ºC

Wie zu sehen ist, weisen Metalle aufgrund ihrer metallischen Bindungen im Allgemeinen die höchsten Schmelzpunkte auf. Kohlenstoff übersteigt sie jedoch trotz kovalenter Bindungen, jedoch mit sehr stabilen molekularen Anordnungen.

Kleine unpolare Moleküle wie Methangas und Ethanol interagieren nicht stark genug, um bei Raumtemperatur fest zu bleiben.

Aus dem Rest kann die Stärke der intermolekularen Wechselwirkungen innerhalb des Feststoffs durch Messung seines Schmelzpunktes abgeleitet werden. Ein Feststoff, der sengenden Temperaturen standhält, muss eine sehr stabile Struktur haben.

Im Allgemeinen haben unpolare kovalente Feststoffe niedrigere Schmelzpunkte als polare, ionische und metallische kovalente Feststoffe.

Experimentieren Sie, um die Fusion für Kinder und Jugendliche zu erklären

Bunte Eiskuppeln

Dies ist vielleicht eines der künstlerischsten und einfachsten Experimente, um Kindern die Fusion zu erklären. Du brauchst:

-Einige Platten, so dass sie Kuppeln bilden, wenn das Wasser darin gefriert

-Eine große Schale, um eine Oberfläche zu gewährleisten, auf der Eis schmelzen kann, ohne Chaos zu verursachen

-Salz (möglicherweise das billigste auf dem Markt)

-Vegetable Färbung und eine Pipette oder einen Löffel, um sie hinzuzufügen

Sobald die Eiskuppeln erhalten und auf die Schale gelegt wurden, wird eine relativ kleine Menge Salz zu ihrer Oberfläche hinzugefügt. Der bloße Kontakt des Salzes mit dem Eis führt zu Wasserflüssen, die das Tablett benetzen.

Dies liegt daran, dass Eis eine hohe Affinität zu Salz aufweist und eine Lösung auftritt, deren Schmelzpunkt niedriger als der von Eis ist.

Ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe werden dann zu den Kuppeln gegeben. Die Farbe dringt als erste Folge ihres Schmelzens in die Tunnel der Kuppel und in alle ihre Poren ein. Das Ergebnis ist ein Karneval von Farben, die im Eis gefangen sind.

Schließlich mischen sich die Farbstoffe im Wasser in der Schale und geben den kleinen Zuschauern ein weiteres visuelles Spektakel.

Wärmeschrank

In einem temperaturgeregelten Schrank können mehrere Substanzen in hitzebeständige Behälter gegeben werden. Der Zweck dieses Experiments ist es, Teenagern zu zeigen, dass jede Substanz ihren eigenen Schmelzpunkt hat.

Welche Substanzen können gewählt werden? Logischerweise können weder Metalle noch Salze in den Schrank gelangen, da sie bei Temperaturen über 500 ° C schmelzen (der Schrank würde schmelzen).

Aus der Liste der Substanzen könnten daher diejenigen ausgewählt werden, die 100 ° C nicht überschreiten, z. B. Quecksilber (vorausgesetzt, der Schrank kann unter -40 ° C abgekühlt werden), Eis, Schokolade, Paraffin und Palmitinsäure.

Jugendliche (und auch Kinder) sahen zu, wie sich Quecksilber in eine metallisch schwarze Flüssigkeit verwandelte. und dann das Schmelzen des weißen Eises, der Schokoriegel, der Palmitinsäure und schließlich der Paraffinkerze.

Um zu erklären, warum Paraffin bei höheren Temperaturen als Schokolade schmilzt, müssen seine Strukturen analysiert werden.

Wenn sowohl Paraffin als auch Palmitinsäure organische Verbindungen sind, muss erstere aus einem schwereren Molekül oder einem polareren Molekül (oder beiden gleichzeitig) bestehen. Eine Erklärung solcher Beobachtungen könnte als Hausaufgabe für die Schüler hinterlassen werden.

Verweise

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