FUSIE: WAARUIT HET BESTAAT, VOORBEELDEN EN EXPERIMENT - CHEMIE - 2026

De fusie is de verandering van toestand van vast naar vloeibaar voor een stof in een temperatuurbereik. Als de stof een hoge zuiverheidsgraad heeft, komt het bereik overeen met een bepaalde temperatuur: het smeltpunt. En wanneer er een bepaalde mate van onzuiverheden is, wordt het smeltpunt weergegeven door een bereik (bijvoorbeeld 120-122 ° C).

Het is een van de meest voorkomende fysische processen in de natuur. Vaste stoffen absorberen warmte en verhogen hun temperatuur totdat de eerste druppels vloeistof beginnen te vormen. Daarna volgen andere druppels de eerste, en zolang de vaste stof niet is gesmolten, blijft de temperatuur constant.

Bron: Pixabay

Waarom? Omdat alle warmte wordt verbruikt om meer vloeistof te produceren, in plaats van de laatste te verwarmen. Daarom hebben de vaste stof en de vloeistof dezelfde temperatuur en bestaan ​​ze naast elkaar in evenwicht. Als de warmtetoevoer constant is, verschuift het evenwicht naar de volledige vorming van vloeistof.

Om deze reden zal, wanneer een ijsstalactiet in de lente begint te smelten, zodra de verandering van toestand is begonnen, deze niet eindigen voordat hij is omgezet in vloeibaar water. In de bovenstaande afbeelding is te zien dat zelfs ijskristallen in een hangende druppel drijven.

Het bepalen van het smeltpunt van een onbekende stof is een uitstekende test om deze te identificeren (zolang deze maar niet veel onzuiverheden bevat).

Het laat ook zien hoe sterk de interacties zijn tussen de moleculen die de vaste stof vormen; naarmate het smelt bij hogere temperaturen, zullen de intermoleculaire krachten sterker zijn.

Wat is de fusie?

Fusie bestaat uit een verandering van toestand van vast naar vloeibaar. De moleculen of atomen in de vloeistof hebben een hogere gemiddelde energie als ze met hogere snelheden bewegen, trillen en roteren. Als gevolg hiervan ontstaat er een toename van de intermoleculaire ruimte en dus een toename van het volume (hoewel dit niet het geval is bij water).

Zoals in de vaste stof zijn de moleculen compacter, missen ze bewegingsvrijheid en hebben ze een lagere gemiddelde energie. Om de overgang van vaste stof naar vloeistof te laten plaatsvinden, moeten de moleculen of atomen van de vaste stof met hogere snelheden trillen door warmte te absorberen.

Terwijl het trilt, scheidt een reeks moleculen zich die samenkomen om de eerste druppel te vormen. En dus is fusie niets meer dan het smelten van de vaste stof veroorzaakt door het effect van warmte. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de vaste stof zal smelten.

In het bijzonder kan fusie leiden tot de vorming van tunnels en poriën in de vaste stof. Dit kan worden aangetoond door middel van een speciaal experiment voor kinderen.

Smelt van vaste mengsels en emulsies

Bron: Pixabay

Het ijsje

Smelten verwijst naar het door warmte smelten van een stof of mengsel. De term is echter ook gebruikt om te verwijzen naar het smelten van andere stoffen die niet strikt als vaste stoffen worden geclassificeerd: emulsies.

Het ideale voorbeeld is ijs. Het zijn emulsies van bevroren water (en in sommige gevallen gekristalliseerd), met lucht en vetten (melk, room, cacao, boter, enz.).

Het ijs smelt of smelt omdat het ijs het smeltpunt overschrijdt, de lucht begint te ontsnappen en de vloeistof de rest van zijn componenten sleept.

De chemie van ijs is buitengewoon complex en vertegenwoordigt een punt van interesse en nieuwsgierigheid bij het beschouwen van de definitie van fusie.

Zoet en zout ijs

Met betrekking tot andere vaste mengsels kan men voor analytische doeleinden niet goed spreken van een smeltpunt; dat wil zeggen, het is geen doorslaggevend criterium om een ​​of meer stoffen te identificeren. In een mengsel, als een component smelt, kunnen de andere oplossen in de vloeistoffase, die diagonaal tegenovergesteld is aan een meltdown.

Een vast ijs-suiker-zoutmengsel smelt bijvoorbeeld volledig zodra het ijs begint te smelten. Omdat suiker en zout zeer goed oplosbaar zijn in water, zal het ze oplossen, maar dit betekent niet dat de suiker en het zout zijn gesmolten.

Voorbeelden

In de keuken

Enkele veel voorkomende voorbeelden van fusie zijn te vinden in de keuken. Boters, chocolaatjes, kauwgom en andere zoetigheden smelten als ze directe warmte van de zon krijgen of als ze worden ingesloten in hete ruimtes. Sommige snoepjes, zoals marshmallows, worden opzettelijk gesmolten om optimaal van hun smaken te kunnen genieten.

In veel recepten staat dat een of meer ingrediënten eerst moeten worden gesmolten voordat ze worden toegevoegd. Kazen, vetten en honing (zeer stroperig) behoren ook tot deze ingrediënten.

In de versieringen

Om bepaalde ruimtes en objecten te versieren, worden metalen, glas en keramiek met verschillende ontwerpen gebruikt. Deze versieringen zijn te zien op het terras van een gebouw, in het glas en de mozaïeken van sommige muren, of in de artikelen die in de juweliers te koop zijn.

Ze zijn allemaal samengesteld uit materialen die smelten bij zeer hoge temperaturen, dus ze moeten eerst smelten of verzachten om ze te bewerken en de gewenste vormen te geven.

Het is dan hier dat gloeiend ijzer wordt bewerkt, zoals smeden dat doen bij de vervaardiging van wapens, gereedschappen en andere voorwerpen. Evenzo maakt fusie het mogelijk om legeringen te verkrijgen door twee of meer metalen in verschillende massaverhoudingen te lassen.

Van gesmolten glas kun je decoratieve figuren maken zoals paarden, zwanen, mannen en vrouwen, reissouvenirs, etc.

In de natuur

De belangrijkste voorbeelden van smelten in de natuur zijn te zien in het smelten van ijsbergen; in lava, een mengsel van rotsen gesmolten door de intense hitte in vulkanen; en in de aardkorst, waar de aanwezigheid van vloeibare metalen overheerst, vooral ijzer.

Smeltpunten van de meest voorkomende stoffen

Een reeks veel voorkomende stoffen met hun respectievelijke smeltpunten worden hieronder vermeld:

-IJs, 0ºC

-Paraffine, 65,6 ° C

-Chocolade, 15,6-36,1ºC (merk op dat het een temperatuurbereik is, want er zijn chocolaatjes die smelten bij lagere of hogere temperaturen)

-Palmitinezuur, 63ºC

-Agar, 85ºC

-Fosfor, 44ºC

-Aluminium, 658ºC

-Calcium, 851ºC

-Goud, 1083ºC

-Koper, 1083ºC

-IJzer, 1530ºC

–Kwik, -39ºC (het is vloeibaar bij kamertemperatuur)

-Methaangas, -182ºC

-Ethanol, -117ºC

-Grafiet koolstof, 4073ºC

-Diamant steenkool, 4096ºC

Zoals te zien is, hebben metalen, vanwege hun metaalbindingen, over het algemeen de hoogste smeltpunten. Koolstof overtreft ze echter ondanks covalente bindingen, maar met zeer stabiele moleculaire arrangementen.

Kleine, apolaire moleculen, zoals methaangas en ethanol, werken niet sterk genoeg samen om vast te blijven bij kamertemperatuur.

Van de rest kan de sterkte van intermoleculaire interacties binnen de vaste stof worden afgeleid door het smeltpunt te meten. Een vaste stof die bestand is tegen verzengende temperaturen moet een zeer stabiele structuur hebben.

In het algemeen hebben niet-polaire covalente vaste stoffen lagere smeltpunten dan polaire, ionogene en metallische covalente vaste stoffen.

Experimenteer om fusie uit te leggen voor kinderen en adolescenten

Kleurrijke ijskoepels

Dit is misschien wel een van de meest artistieke en eenvoudige experimenten om fusie aan kinderen uit te leggen. Jij hebt nodig:

-Sommige borden, zodanig dat ze koepels vormen als het water erin bevriest

-Een grote schaal om een ​​oppervlak te garanderen waar ijs kan smelten zonder schade aan te richten

-Zout (misschien wel de goedkoopste op de markt)

-Plantaardige kleurstof en een druppelaar of een lepel om ze toe te voegen

Nadat de ijskoepels zijn verkregen en op de schaal zijn geplaatst, wordt een relatief kleine hoeveelheid zout aan het oppervlak toegevoegd. Alleen al het contact van het zout met het ijs veroorzaakt waterstromen die de bak nat maken.

Dit komt doordat ijs een hoge affiniteit heeft voor zout en er een oplossing ontstaat waarvan het smeltpunt lager is dan dat van ijs.

Een paar druppels kleurstof worden vervolgens aan de koepels toegevoegd. De kleur zal de tunnels van de koepel en al zijn poriën doordringen, als de eerste gevolgen van het smelten. Het resultaat is een carnaval van kleuren gevangen in het ijs.

Ten slotte zullen de kleurstoffen zich vermengen met het water in de bak, waardoor de kleine toeschouwers nog een visueel spektakel krijgen.

Thermische kast

Binnen een temperatuur gecontroleerde kast kunnen een aantal stoffen in hittebestendige containers geplaatst worden. Het doel van dit experiment is om tieners te laten zien dat elke stof zijn eigen smeltpunt heeft.

Welke stoffen kunnen worden gekozen? Logischerwijs kunnen er geen metalen of zouten in de kast komen, aangezien ze smelten bij temperaturen boven 500ºC (de kast zou smelten).

Daarom kunnen uit de lijst met stoffen stoffen worden gekozen die de 100 ° C niet overschrijden, bijvoorbeeld: kwik (ervan uitgaande dat de kast onder -40 ° C kan worden gekoeld), ijs, chocolade, paraffine en palmitinezuur.

Tieners (en ook kinderen) keken toe hoe kwik in een metaalachtige zwarte vloeistof veranderde; en dan het smelten van het witte ijs, de chocoladerepen, het palmitinezuur en tenslotte de paraffinekaars.

Om uit te leggen waarom paraffine bij hogere temperaturen smelt dan chocolade, zal het nodig zijn om de structuren ervan te analyseren.

Als zowel paraffine als palmitinezuur organische verbindingen zijn, moet de eerste bestaan ​​uit een zwaarder molecuul of een meer polair molecuul (of beide tegelijk). Het uitleggen van dergelijke observaties zou als huiswerk voor de studenten kunnen worden overgelaten.

Referenties

1. Van't Hul J. (24 juli 2012). Melting Ice Science Experiment met zout- en vloeibare aquarellen. Hersteld van: artfulparent.com
2. Tobin, Declan. (2018). Leuke weetjes over smeltpunt voor kinderen. Easy Science for Kids. Hersteld van: easyscienceforkids.com
3. Sarah. (2015, 11 juni). Eenvoudig wetenschappelijk experiment voor kinderen: wat smelt in de zon? Zuinig plezier voor jongens en meisjes. Hersteld van: frugalfun4boys.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
5. h2g2. (3 oktober 2017). Smeltpunten van enkele veelvoorkomende stoffen. Hersteld van: h2g2.com
6. De Open Universiteit. (2006-08-03). Smeltpunten. Hersteld van: open.edu
7. Lumen, Chemistry for Non-Majors. (sf). Smeltpunt. Hersteld van: courses.lumenlearning.com
8. Gillespie, Claire. (13 april 2018). Welke factoren beïnvloeden het smeltpunt? Wetenschappelijk. Hersteld van: sciencing.com