FUUSIO: MISTÄ SE KOOSTUU, ESIMERKKEJÄ JA KOKEILU - KEMIA - 2026

Fuusio on tilan muutos kiinteästä nestemäiseen aineesta, lämpötila-alueella. Jos aineella on korkea puhtausaste, alue vastaa tiettyä lämpötilaa: sulamispiste. Ja kun on tietty määrä epäpuhtauksia, sulamispiste esitetään alueella (esim. 120-122 ° C).

Se on yksi luonnon yleisimmistä fysikaalisista prosesseista. Kiinteät aineet imevät lämpöä ja nostavat niiden lämpötilaa, kunnes ensimmäiset nestepisarat alkavat muodostua. Sitten seuraavat muut tipat seuraavat ensimmäisiä ja niin kauan kuin kaikki kiinteä aine ei ole sulanut, sen lämpötila pysyy vakiona.

Lähde: Pixabay

Miksi? Koska kaikki lämpö kulutetaan enemmän nesteen tuottamiseksi jälkimmäisen kuumentamisen sijasta. Siksi kiinteän aineen ja nesteen lämpötila ja lämpötila ovat samanlaiset tasapainossa. Jos lämmönjakelu on vakio, tasapaino loppuu siirtymään nesteen täydelliseen muodostumiseen.

Tästä syystä kun jään stalaktiitti alkaa sulaa keväällä, kun tilanmuutos on alkanut, se ei lopu ennen kuin se on muutettu nestemäiseksi vedeksi. Yllä olevassa kuvassa voidaan nähdä, että jopa jääkiteet kelluvat roikkuvan pisaran sisällä.

Tuntemattoman aineen sulamispisteen määrittäminen on erinomainen testi sen tunnistamiseksi (kunhan se ei sisällä monia epäpuhtauksia).

Se paljastaa myös, kuinka vahvat vuorovaikutukset ovat kiinteiden aineiden muodostavien molekyylien välillä; kun se sulaa korkeammissa lämpötiloissa, sitä voimakkaammat sen molekyylien väliset voimat ovat.

Mikä on sulautuminen?

Fuusio koostuu tilan vaihdosta kiinteästä nesteeksi. Nestemäisten molekyylien tai atomien keskimääräinen energia on suurempi, kun ne liikkuvat, värähtelevät ja pyörivät suuremmilla nopeuksilla. Seurauksena on, että tämä lisää molekyylien välisen tilan lisääntymistä ja siten tilavuuden kasvua (vaikka näin ei ole vedessä).

Koska kiinteässä muodossa molekyylit ovat tiiviimpiä, niiden liikkeessä puuttuu vapauksia ja niiden keskimääräinen energia on alhaisempi. Kiinteän nesteen siirtymisen tapahtumiseksi kiinteän aineen molekyylien tai atomien on värähtelevä suuremmilla nopeuksilla absorboimalla lämpöä.

Värähteleessä erottuu joukko molekyylejä, jotka tulevat yhteen muodostaen ensimmäisen pisaran. Ja niin, fuusio ei ole muuta kuin kiinteän aineen sulamista, joka johtuu lämmön vaikutuksesta. Mitä korkeampi lämpötila, sitä nopeammin kiinteä aine sulaa.

Erityisesti fuusio voi johtaa tunnelien ja huokosten muodostumiseen kiinteän aineen sisällä. Tämä voidaan osoittaa erityisen kokeilun avulla lapsille.

Kiinteiden seosten ja emulsioiden sulatteet

Lähde: Pixabay

Jäätelö

Sulamisella tarkoitetaan aineen tai seoksen lämmön sulamista. Termiä on kuitenkin käytetty myös viittaamaan muiden aineiden sulamiseen, joita ei ole luokiteltu tiukasti kiinteiksi aineiksi: emulsiot.

Ihanteellinen esimerkki on jäätelö. Ne ovat emulsioita jäädytetystä vedestä (ja joissainkin, kiteytyneinä), ilmassa ja rasvoissa (maito, kerma, kaakao, voi jne.).

Jäätelö sulaa tai sulaa, koska jää ylittää sulamispisteensä, ilma alkaa poistua ja neste loppuu vetämällä loput komponentit.

Jäätelön kemia on erittäin monimutkainen, ja se edustaa kiinnostavaa ja utelias asiaa sulautumisen määritelmää tarkasteltaessa.

Makea ja suolainen jää

Muiden kiinteiden seosten suhteen ei voida puhua sulamispisteestä analyyttisiä tarkoituksia varten; eli se ei ole ratkaiseva kriteeri yhden tai useamman aineen tunnistamiselle. Seoksessa, kun yksi komponentti sulaa, muut voivat liueta nestemäisessä faasissa, joka on diagonaalisesti vastapäätä sulamista.

Esimerkiksi kiinteä jää-sokeri-suolaseos sulaa kokonaan heti, kun jää alkaa sulaa. Koska sokeri ja suola liukenevat hyvin veteen, se liuottaa ne, mutta se ei tarkoita, että sokeri ja suola ovat sulanut.

esimerkit

Keittiössä

Joitakin yleisiä esimerkkejä fuusiosta löytyy keittiöstä. Voit, suklaat, purukumit ja muut makeiset sulavat, jos ne saavat suoraa lämpöä auringosta tai jos ne ovat suljettuina kuumiin tiloihin. Jotkut makeiset, kuten vaahtokarkkeja, sulatetaan tarkoituksella makujensa parhaan nauttimisen vuoksi.

Monissa resepteissä todetaan, että yksi tai useampi ainesosa on ensin sulatettava ennen lisäystä. Juustot, rasvat ja hunaja (erittäin viskoosi) kuuluvat myös näihin ainesosiin.

Koristeissa

Tiettyjen tilojen ja esineiden sisustamiseen käytetään metalleja, lasia ja keramiikkaa eri malleilla. Nämä koriste-esineet voidaan nähdä rakennuksen terassilla, joidenkin seinien lasissa ja mosaiikissa tai korukauppien sisällä myytävissä kohteissa.

Kaikki koostuvat materiaaleista, jotka sulavat erittäin korkeissa lämpötiloissa, joten niiden on ensin sulattava tai pehmennettävä, jotta ne toimisivat ja antaisivat halutut muodot.

Juuri tässä vaiheessa hehkurautaa käytetään, kuten seppä valmistaa aseita, työkaluja ja muita esineitä. Samoin fuusio mahdollistaa seosten saamisen hitsaamalla kahta tai useampaa metallia eri massaosuuksissa.

Sulalasista voit luoda koristeellisia hahmoja, kuten hevosia, joutsenia, miehiä ja naisia, matkamuistoja jne.

Luonnossa

Tärkeimmät esimerkit luonnossa tapahtuvasta sulamisesta voidaan nähdä jäävuorien sulamisessa; laavassa kivien seos, jonka sulavat voimakas kuumuus tulivuorien sisällä; ja planeetan kuoressa, jossa esiintyy nestemäisiä metalleja, etenkin rautaa.

Yleisimpien aineiden sulamispisteet

Alla on lueteltu joukko yleisiä aineita ja niiden sulamispisteet:

-Jää, 0ºC

-Parafiini, 65,6 ºC

-Kokolaatit, 15,6-36,1ºC (huomioi, että se on lämpötila-alue, koska on suklaita, jotka sulavat matalammissa tai korkeissa lämpötiloissa)

-Palmitiinihappo, 63 ° C

-Agar, 85ºC

-Fosfori, 44ºC

-Alumiini, 658ºC

-Kalsium, 851ºC

-Kulta, 1083ºC

-Kupari, 1083ºC

-Iron, 1530ºC

–Marja, -39ºC (se on nestemäistä huoneenlämmössä)

-Metaanikaasu, -182ºC

-Etanoli, -117ºC

-Grafiittihiili, 4073ºC

-Timanttihiili, 4096ºC

Kuten voidaan nähdä, yleensä metalleilla on metallisidoksista johtuen korkeimmat sulamispisteet. Hiili kuitenkin ylittää ne huolimatta siitä, että niillä on kovalenttisia sidoksia, mutta erittäin vakailla molekyylisillä järjestelyillä.

Pienet, apolaariset molekyylit, kuten metaanikaasu ja etanoli, eivät ole vuorovaikutuksessa riittävän voimakkaasti pysyäkseen kiinteinä huoneenlämpötilassa.

Muusta osasta kiinteiden aineiden molekyylien välisten vuorovaikutusten lujuus voidaan päätellä mittaamalla sen sulamispiste. Kiinteän aineen, joka kestää palavia lämpötiloja, on oltava erittäin vakaa rakenne.

Ei-polaarisilla kovalenttisilla kiinteillä aineilla on yleensä alhaisemmat sulamispisteet kuin polaarisilla, ionisilla ja metallisilla kovalenttisilla kiinteillä aineilla.

Koe selittää fuusio lapsille ja nuorille

Värikkäitä jääkupoja

Tämä on ehkä yksi taiteellisimmista ja yksinkertaisimmista kokeista selittää fuusio lapsille. Tarvitset:

-Jotkut levyt siten, että veden jäätyessä ne muodostavat kuplia

- Suuri lokero, jolla varmistetaan pinta, jossa jään voi sulaa aiheuttamatta tuhoa

-Suola (voi olla markkinoiden halvin)

-Kasvissiväritys ja tippa tai lusikka niiden lisäämiseksi

Kun jääkupot on saatu ja asetettu alustalle, niiden pintaan lisätään suhteellisen pieni määrä suolaa. Pelkkä suolan kosketus jään kanssa aiheuttaa vesistöjä, jotka kastelevat astian.

Tämä johtuu siitä, että jään affiniteetti suolaan on korkea, ja syntyy liuos, jonka sulamispiste on matalampi kuin jään.

Kupoliin lisätään sitten muutama tippa ruokaväriä. Väri tunkeutuu kupolin tunneleihin ja kaikkiin sen huokosiin sen sulamisen ensimmäisinä seurauksina. Tuloksena on värin karnevaali, joka on jäänyt loukkuun.

Lopuksi väriaineet sekoittuvat tarjotin veteen ja antavat pienille katsojille uuden visuaalisen silmälasin.

Lämpökaappi

Lämpötilan säätämässä kaapissa useita aineita voidaan sijoittaa lämmönkestäviin astioihin. Tämän kokeen tarkoituksena on näyttää teini-ikäisille, että jokaisella aineella on oma sulamispiste.

Mitä aineita voidaan valita? Loogisesti, metallit tai suolat eivät pääse kaappiin, koska ne sulavat yli 500 ºC: n lämpötiloissa (kaappi sulaisi).

Siksi aineluettelosta voitaisiin valita sellaisia, joiden lämpötila ei ylitä 100 ºC, esimerkiksi: elohopea (olettaen, että kaapin voi jäähdyttää alle -40 ºC), jää, suklaa, parafiini ja palmitiinihappo.

Teini-ikäiset (ja myös lapset) tarkkailisivat elohopeaa muuttuvan metalliseksi mustana nesteenä; ja sitten valkoisen jään, suklaan palkkien, palmitiinihapon ja lopuksi parafiinikynttilän sulaminen.

Sen selittämiseksi, miksi parafiini sulaa korkeissa lämpötiloissa kuin suklaa, on analysoitava sen rakenteet.

Jos sekä parafiini että palmitiinihappo ovat orgaanisia yhdisteitä, näiden on muodostettava raskaammasta molekyylistä tai polaarisemmasta molekyylistä (tai molemmista samanaikaisesti). Selityksen antaminen tällaisista havainnoista voidaan jättää kotitehtäviksi opiskelijoille.

Viitteet

1. Van't Hul J. (24. heinäkuuta 2012). Sulava jäätutkimuskoe suola- ja nestemäisillä vesiväreillä. Palautettu osoitteesta: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Hauskoja tietoja sulamispisteestä lapsille. Helppo tiede lapsille. Palautettu osoitteesta: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (2015, 11. kesäkuuta). Yksinkertainen tieteellinen kokeilu lapsille: Mikä sulaa auringossa? Hedelmällinen hauska pojille ja tytöille. Palautettu osoitteesta: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
5. H2G2. (03. lokakuuta 2017). Joidenkin yleisten aineiden sulamispisteet. Palautettu osoitteesta: h2g2.com
6. Avoin yliopisto. (2006-08-03). Sulamispisteet. Palautettu: open.edu
7. Lumen, kemia muille kuin pääaineille. (SF). Sulamispiste. Palautettu osoitteesta: Kurssit.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13. huhtikuuta 2018). Mitkä tekijät vaikuttavat sulamispisteeseen? Sciencing. Palautettu osoitteesta: sciencing.com