SOLIDIFIKASI: TITIK SOLIDIFIKASI DAN CONTOH - KIMIA - 2024

The solidifikasi adalah cairan yang mengalami perubahan ketika itu lolos ke fase padat. Cairan dapat berupa zat murni atau campuran. Demikian juga, perubahan tersebut mungkin disebabkan oleh penurunan suhu atau sebagai akibat dari reaksi kimia.

Bagaimana fenomena ini dijelaskan? Secara visual, cairan mulai membatu atau mengeras, sampai berhenti mengalir dengan bebas. Namun, pemadatan sebenarnya terdiri dari serangkaian langkah yang terjadi pada skala mikroskopis.

Sumber: Pixabay

Contoh pemadatan adalah gelembung cair yang membeku. Pada gambar di atas, Anda dapat melihat bagaimana gelembung membeku saat bersentuhan dengan salju. Apa bagian dari gelembung yang mulai mengeras? Yang bersentuhan langsung dengan salju. Salju bekerja sebagai penyangga dimana molekul-molekul gelembung dapat mengendap.

Solidifikasi dengan cepat dipicu dari dasar gelembung. Hal ini dapat dilihat pada "pinus mengkilap" yang menutupi seluruh permukaan. Pinus ini mencerminkan pertumbuhan kristal, yang tidak lebih dari susunan molekul yang teratur dan simetris.

Agar pemadatan dapat terjadi, partikel-partikel zat cair perlu diatur sedemikian rupa sehingga dapat berinteraksi satu sama lain. Interaksi ini menjadi lebih kuat dengan penurunan suhu, yang mempengaruhi kinetika molekuler; artinya, mereka melambat dan menjadi bagian dari kristal.

Proses ini dikenal sebagai kristalisasi, dan kehadiran inti (kumpulan kecil partikel) dan pendukung mempercepat proses ini. Setelah cairan mengkristal, kemudian dikatakan telah mengeras atau membeku.

Entalpi pemadatan

Tidak semua zat mengeras pada suhu yang sama (atau di bawah perlakuan yang sama). Beberapa bahkan "membeku" di atas suhu kamar, seperti padatan leleh tinggi. Ini tergantung pada jenis partikel yang membentuk zat padat atau cair.

Dalam zat padat, ini berinteraksi dengan kuat dan tetap bergetar dalam posisi tetap di ruang angkasa, tanpa kebebasan bergerak dan dengan volume yang ditentukan, sedangkan dalam zat cair, mereka memiliki kemampuan untuk bergerak sebagai banyak lapisan yang bergerak di atas satu sama lain, menempati volume wadah yang berisi itu.

Padatan membutuhkan energi panas untuk melewati fase cair; dengan kata lain, dibutuhkan panas. Ia mendapat panas dari lingkungannya, dan jumlah terkecil yang diserapnya untuk menghasilkan tetesan cairan pertama dikenal sebagai panas fusi laten (ΔHf).

Di sisi lain, cairan harus melepaskan panas ke sekitarnya untuk mengatur molekulnya dan mengkristal menjadi fase padat. Panas yang dilepaskan kemudian menjadi panas laten dari pembekuan atau pembekuan (ΔHc). Baik ΔHf dan ΔHc sama besarnya tetapi dengan arah berlawanan; yang pertama bertanda positif, dan yang kedua bertanda negatif.

Mengapa suhu tetap konstan dalam pemadatan?

Pada titik tertentu cairan mulai membeku, dan termometer menunjukkan suhu T. Selama cairan belum sepenuhnya memadat, T tetap konstan. Karena ΔHc bertanda negatif, ini terdiri dari proses eksotermik yang melepaskan panas.

Oleh karena itu, termometer akan membaca panas yang dilepaskan oleh cairan selama perubahan fasa, menangkal penurunan suhu yang dikenakan. Misalnya jika wadah yang berisi cairan dimasukkan ke dalam penangas es. Jadi, T tidak berkurang sampai pemadatan selesai sepenuhnya.

Satuan apa yang menyertai pengukuran panas ini? Biasanya kJ / mol atau J / g. Ini diinterpretasikan sebagai berikut: kJ atau J adalah jumlah panas yang dibutuhkan oleh 1 mol cairan atau 1 g untuk mendinginkan atau memadat.

Untuk air, misalnya ΔHc sama dengan 6.02 kJ / mol. Artinya, 1 mol air murni perlu mengeluarkan 6,02 kJ panas untuk membekukan, dan panas inilah yang menjaga suhu tetap konstan dalam prosesnya. Demikian pula, 1 mol es perlu menyerap 6,02 kJ panas untuk mencair.

Titik solidifikasi

Suhu yang tepat di mana proses tersebut terjadi dikenal sebagai titik solidifikasi (Tc). Ini bervariasi di semua zat tergantung pada seberapa kuat interaksi antarmolekulnya dalam padatan.

Kemurnian juga merupakan variabel penting, karena padatan tidak murni tidak mengeras pada suhu yang sama dengan yang murni. Ini dikenal sebagai menurunkan titik beku. Untuk membandingkan titik-titik pemadatan suatu zat perlu digunakan sebagai referensi yang sesuci mungkin.

Namun, hal yang sama tidak dapat diterapkan pada larutan, seperti dalam kasus paduan logam. Untuk membandingkan titik pemadatannya, campuran dengan proporsi massa yang sama harus dipertimbangkan; yaitu, dengan konsentrasi komponen yang identik.

Tentu saja, titik pemadatan adalah kepentingan ilmiah dan teknologi yang besar sehubungan dengan paduan dan jenis bahan lainnya. Ini karena, dengan mengontrol waktu dan cara mendinginkannya, beberapa sifat fisik yang diinginkan dapat diperoleh atau yang tidak sesuai untuk aplikasi tertentu dapat dihindari.

Karena alasan ini, pemahaman dan studi tentang konsep ini sangat penting dalam metalurgi dan mineralogi, serta dalam sains lain yang layak untuk membuat dan mengkarakterisasi suatu bahan.

Solidifikasi dan titik leleh

Secara teoritis Tc harus sama dengan temperatur atau titik leleh (Tf). Namun, ini tidak selalu benar untuk semua zat. Alasan utamanya adalah karena, pada pandangan pertama, lebih mudah mengacaukan molekul padat daripada memesan molekul cair.

Oleh karena itu, dalam prakteknya lebih disukai menggunakan Tf untuk mengukur kemurnian suatu senyawa secara kualitatif. Misalnya, jika senyawa X memiliki banyak pengotor, maka Tf-nya akan lebih jauh dari X murni dibandingkan dengan senyawa dengan kemurnian lebih tinggi.

Penataan molekuler

Seperti yang telah dikatakan sejauh ini, pemadatan berlanjut ke kristalisasi. Beberapa zat, mengingat sifat molekulnya dan interaksinya, membutuhkan suhu yang sangat rendah dan tekanan tinggi untuk dapat memadat.

Misalnya, nitrogen cair diperoleh pada suhu di bawah -196ºC. Untuk memadatkannya, akan diperlukan untuk mendinginkannya lebih lanjut, atau meningkatkan tekanan padanya, sehingga memaksa molekul N ₂ untuk menggumpal bersama untuk membuat inti kristalisasi.

Hal yang sama dapat dipertimbangkan untuk gas lain: oksigen, argon, fluor, neon, helium; dan yang paling ekstrim dari semuanya, hidrogen, yang fase padatnya telah menarik banyak perhatian karena kemungkinan sifatnya yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Di sisi lain, kasus yang paling terkenal adalah es kering, yang tidak lebih dari CO _2, yang uap putihnya disebabkan oleh sublimasi pada tekanan atmosfer. Ini telah digunakan untuk menciptakan kabut di atas panggung.

Agar suatu senyawa mengeras tidak hanya bergantung pada Tc, tetapi juga pada tekanan dan variabel lain. Semakin kecil molekul (H ₂ ) dan semakin lemah interaksinya, semakin sulit untuk membawanya ke keadaan padat.

Supercooling

Cairan, apakah itu zat atau campuran, akan mulai membeku pada suhu di titik pemadatan. Namun, dalam kondisi tertentu (seperti kemurnian tinggi, waktu pendinginan lambat, atau lingkungan yang sangat energik), cairan dapat mentolerir suhu yang lebih rendah tanpa pembekuan. Ini disebut supercooling.

Masih belum ada penjelasan mutlak tentang fenomena tersebut, tetapi teori mendukung bahwa semua variabel yang mencegah pertumbuhan inti kristalisasi mendorong pendinginan super.

Mengapa? Karena dari inti kristal besar terbentuk setelah menambahkan molekul dari lingkungan ke dalamnya. Jika proses ini dibatasi, bahkan jika suhu di bawah Tc, cairan akan tetap tidak berubah, seperti yang terjadi pada tetesan kecil yang membentuk dan membuat awan terlihat di langit.

Semua cairan superdingin bersifat metastabil, yaitu rentan terhadap gangguan eksternal sekecil apa pun. Misalnya, jika Anda menambahkan sepotong kecil es ke dalamnya, atau mengocoknya sedikit, es akan langsung membeku, yang merupakan eksperimen yang menyenangkan dan mudah dilakukan.

Contoh pemadatan

-Meski bukan padatan itu sendiri, gelatin adalah contoh proses pemadatan dengan pendinginan.

-Gelas berfusi digunakan untuk membuat dan mendesain banyak objek, yang setelah didinginkan, mempertahankan bentuk akhir yang ditentukan.

-Seperti halnya gelembung yang membeku saat bersentuhan dengan salju, botol soda juga dapat mengalami proses yang sama; dan jika sangat dingin, pembekuannya akan terjadi seketika.

-Ketika keluar dari gunung berapi yang menutupi tepi atau permukaan bumi, lava akan mengeras saat kehilangan suhu, hingga menjadi batuan beku.

-Telur dan kue mengeras dengan peningkatan suhu. Demikian juga, mukosa hidung melakukannya tetapi karena dehidrasi. Contoh lain juga bisa ditemukan pada cat atau lem.

Namun, perlu dicatat bahwa pemadatan tidak terjadi dalam kasus terakhir sebagai produk pendinginan. Oleh karena itu, fakta bahwa cairan membeku tidak selalu berarti ia membeku (ia tidak mengurangi suhunya secara berarti); tetapi ketika cairan membeku, cairan itu akhirnya mengeras.

Lainnya:

- Konversi air menjadi es: ini terjadi pada 0 ° C yang menghasilkan es, salju, atau kubus glasial.

- Lilin yang meleleh dengan nyala api dan mengeras kembali.

- Pembekuan makanan untuk pengawetannya: dalam hal ini molekul air dibekukan di dalam sel daging atau sayuran.

- Meniup kaca: meleleh untuk membentuknya lalu mengeras.

- Pembuatan es krim: umumnya produk susu yang mengeras.

- Untuk mendapatkan karamel, yaitu gula yang dilebur dan dipadatkan.

- Mentega dan margarin merupakan asam lemak dalam keadaan padat.

- Metalurgi: dalam pembuatan ingot atau balok atau struktur logam tertentu.

- Semen merupakan campuran batu kapur dan tanah liat yang bila dicampur air memiliki sifat pengerasan.

- Dalam pembuatan coklat, bubuk kakao dicampur dengan air dan susu, yang jika dikeringkan akan mengeras.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hlm. 448, 467.
2. Wikipedia. (2018). Pembekuan. Diambil dari: en.wikipedia.org
3. Loren A. Jacobson. (16 Mei 2008). Solidifikasi. . Diambil dari: infohost.nmt.edu/
4. Fusion dan solidifikasi. Diambil dari: juntadeandalucia.es
5. Dr. Carter. Solidifikasi lelehan. Diambil dari: itc.gsw.edu/
6. Penjelasan eksperimental tentang supercooling: mengapa air tidak membeku di awan. Diambil dari: esrf.eu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Juni 2018). Definisi dan Contoh Solidifikasi. Diambil dari: thoughtco.com