Urtze-puntu

aldatu
 
Uretan jarritako izotz-puskak urtzen hasiko dira 0ºC-ko urtze-puntura iristen direnean.

Substantzia baten urtze-puntua (edo, oso gutxitan, likidotze-puntua) egoera solidotik likidora aldatzen den tenperatura da. Urtze-puntuan, orekan daude fase solidoa eta likidoa . Substantzia baten urtze-puntua presioaren araberakoa da, eta, normalean, presio estandar batean zehazten da, hala nola 1 atmosferan (atm) edo 100 kPa-n.

Likidotik solidorako alderantzizko aldaketaren tenperaturatzat hartzen denean, izozte-puntua edo kristalizazio-puntua esaten zaio. Substantziek gehiegi hozteko duten gaitasuna denez gero, izozte-puntua haien balio erreala baino askoz txikiagoa dela iruditu daiteke. Substantzia baten izozte-puntu bereizgarria zehazten denean normalean erabiltzen den metodoa izotzaren desagerpena behatzea da, eta ez berriz haren sorrera, hau da, urtze-puntua.

Adibideak

aldatu
 
Lehen zortzi azido karboxilikoen (°C) urtze-puntuak (urdinez) eta irakite-puntuak (arrosaz).

Substantzia gehienen kasuan, urtze-puntua eta izozte-puntuak gutxi gorabehera berdinak dira. Esaterako, merkurioaren urtze eta izozte-puntua –38,8 °C  da ( –37,9 °F; 234,32 K).[1] Hala ere, zenbait substantziak solido/likido trantsizio-tenperatura desberdinak dituzte. Adibidez, agarra 85 °C urtzen da (185 °F; 358,2 K) eta 31 °C-tik gora solidotzen da (87,8 °F; 304,2 K); norabidearekiko menpekotasun horri histeresia deritzo. Uraren kasuan substantzia ezagunetarikoena izanik, bere urtze- puntua 1 atmosferako presioan  0 ºC-tik oso gertu aurkitzen da (32,0 °F; 273,2 K)[2]; hau izotz-puntua bezala ere ezagutzen da. Substantzia nukleatzaileak daudenean, uraren izozte-puntua eta urtze-puntua ez dira beti berdinak izaten. Nukleatzaileak ez daudenean, ura likido gain-hoztu gisa egon daiteke –48,3 °C-tan (–54,9 °F; 224,9 K) izoztu aurretik.

Fusio-puntu altuena duen elementu kimikoa wolframioa da, 3414 ºC-tan urtzen baita (6177,2 °F; 3687,2 K)[3]; propietate horri esker, wolframioa bikaina da lanpara gorietan harizpi elektriko gisa erabiltzeko. Askotan aipatzen den elementu bat, karbonoa, ez da giro presioan urtzen. Aldiz, karbonoak 3700 ºC (6692,0 °F; 3973,2 K) inguruan zuzenean sublimatzen da eta fase likido bat 10 MPa-ko presioen gainetik (98,7 atm) bakarrik existitzen da, 4030-4430 ºC bitartean (7286,0-8006,0 °F) (4303,70 °K) fase). Tantalio hafnio karburoa (Ta4HfC5) konposatu erregogor bat da 3941,9 °C,  (4215 K; 7127,3 °F)[4] fusio-puntu oso altua duena. Mekanika kuantikoaren ordenagailu bidezko simulazioek iragarri dute HfN0,38C0,51 aleazioak fusio-puntu are altuagoa (4127ºC inguru)[5] izango duela, eta horrek ingurumen-presioko fusio-puntu altuena duen substantzia bihurtuko lukeela. Iragarpen hori esperimentuen bidez baieztatu zen gerora[6]. Eskalaren beste muturrean helioa dago, zeinak, ez da inondik inora izozten presio normalean, zero absolututik hurbil dauden tenperaturetara eramanez gero ere. Hau lortzeko presio atmosferiko normala baino 20 aldiz presio handiagoa behar da.

Lista de sustancias químicas comunes
Substantzia kimikoa Dentsitatea (g/cm³) Fusio-puntua (K)[7] Irakite-puntua (K)
Ura 1 273 373.2
Soldadura (Pb60Sn40) 456 -
Kakao-gurina 307 -
Parafina-ezko 0.9 310 643.2
Hidrogenoa 0.00008988 14 20.28
Helioa 0.0001785 - 4.22
Berilioa 1.85 1560 2742
Karbonoa 2.267 3800 4300
Nitrogenoa 0.0012506 63.15 77.36
Oxigenoa 0.001429 54.36 90.20
Sodioa 0.971 370.87 1156
Magnesioa 1.738 923 1363
Aluminioa 2.698 933.47 2792
Azufrea 2.067 388.36 717.87
Kloroa 0.003214 171.6 239.11
Potasioa 0.862 336.53 1032
Titanioa 4.54 1941 3560
Burdina 7.874 1811 3134
Nikel 8.912 1728 3186
Kobre 8.96 1357.77 2835
Zink 7.134 692.88 1180
Galioa 5.907 302.92 2673
Zilarra 10.501 1234.93 2435
Kadmioa 8.69 594.22 1040
Indioa 7.31 429.75 2345
Iodoa 4.93 386.85 457.4
Tantaloa 16.654 3290 5731
Wolframioa 19.25 3695 5828
Platinoa 21.46 2041.4 4098
Urrea 19.282 1337.33 3129
Merkurioa 13.5336 234.43 629.88
Beruna 11.342 600.61 2022
Bismutoa 9.807 544.7 1837

Elementu kimikoen urtze-puntua

aldatu
H
−259
He
−272
Li
181
Be
1.287
B
2.075
C
3.500
N
−210
O
−219
F
−219
Ne
−249
Na
98
Mg
650
Al
660
Si
1.414
P
44
S
115
Cl
−102
Ar
−189
K
64
Ca
842
Sc
1.541
Ti
1.668
V
1.910
Cr
1.907
Mn
1.246
Fe
1.538
Co
1.495
Ni
1.455
Cu
1.085
Zn
420
Ga
30
Ge
938
As
817
Se
221
Br
−7
Kr
−157
Rb
39
Sr
777
Y
1.522
Zr
1.858
Nb
2.477
Mo
2.623
Tc Ru
2.333
Rh
1.964
Pd
1.555
Ag
962
Cd
321
In
157
Sn
232
Sb
631
Te
450
I
114
Xe
−112
Cs
29
Ba
727
*
Hf
2.233
Ta
3.017
W
3.422
Re
3.185
Os
3.033
Ir
2.446
Pt
1.768
Au
1.064
Hg
−39
Tl
304
Pb
327
Bi
271
Po
254
At
302
Rn
−71
Fr
27
Ra
696
**
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
*
La
920
Ce
799
Pr
931
Nd
1.016
Pm
1.042
Sm
1.072
Eu
822
Gd
1.313
Tb
1.359
Dy
1.412
Ho
1.472
Er
1.529
Tm
1.545
Yb
824
Lu
1.663
**
Ac
1.050
Th
1.750
Pa
1.572
U
1.135
Np
644
Pu
640
Am
1.176
Cm
1.345
Bk
986
Cf
900
Es
860
Fm
1.527
Md
827
No
827
Lr
1.627


Urtze-puntua neurtzeko teknikak

aldatu
 
Kofler bankua kalibraziorako laginekin.

Laborategiko teknika asko daude fusio-puntuak zehazteko. Adibidez, Kofler banku bat tenperatura-gradiente bat duen metalezko zerrenda bat da (giro-tenperaturatik, 300ºC-ra doan tartea). Edozein substantzia jar daiteke zerrendaren sekzio batean, puntu horretako tenperaturarekin duen portaera termikoa ezagutzeko. Ekorketazko kalorimetria diferentzialak fusio-puntuari buruzko informazioa ematen du, baita fusio-entalpiari buruzkoa ere.

 
Fusio-puntu digital automatikoaren neurgailua.

Solido kristalinoetan fusio-puntuaren analisia egiteko dagoen gailu sinple batek osagai bakartzat ditu leiho garden bat duen oliozko bainu bat eta lupa sinple bat. Beira mehezko hodi batean solido baten hainbat ale jarri eta partzialki murgiltzen dira olio-bainuan. Olio-bainua berotu (eta astindu) egiten da, eta luparen (eta kanpoko argi-iturri baten) laguntzaz, ikusi egin daiteke banakako kristalak tenperatura jakin batean nola urtzen diren. Bestalde, olio-bainuaren ordez, metalezko bloke bat erabil daiteke, eta gaur egungo tresna moderno batzuek detekzio optiko automatikoa dute.

Neurketa modu jarraituan ere egin daiteke, prozesu operatibo batekin. Adibidez, petrolio-findegiek dieselaren "lineako" izozte-puntua neurtzen dute, eta horrek esan nahi du lagina prozesutik hartu eta automatikoki neurtzen dela. Horrek neurketa sarriagoak egiteko aukera ematen du, lagina ez baita eskuz bildu behar eta urruneko laborategi batera eraman.

Material errefraktarioentzako teknikak

aldatu

Material erregogorren fusio-puntua (platinoa, wolframioa, tantalioa eta beste konposatu batzuk, esaterako) gorputz beltzeko labe batean berotuz neurtzen da, materialaren distira iturri kalibratu batekin alderatzen duen pirometro optiko bat erabiliz. Fusio-puntu oso altuak dituzten materialen kasuan, Plancken erradiazioaren legea erabiliz estrapolatu behar da tenperatura. Esan behar da teknika horrek tenperatura altuetan  erroreak sartzen dituela.

Kalibrazio-metodo estandar batek urrearen urtze-puntua (1063 °C) erabiltzen du. Ondoren, pirometroaren korrontea harizpi batean doitzen da, tenperatura desberdinetan dauden gorputz beltzak neurtzeko; horretarako, argia xurgatzeko bitarteko bat sartzen da, bigarren kalibrazio-puntu bat lortzeko. Horri esker, tenperatura eta korrontea erlazionatzen dituen kurba bat marraz daiteke, eta kurba hori estrapolatuz tenperatura altuagoetara iristen da.

Material erregogorren fusio-puntua neurtzeko, beharrezkoa da gorputz beltzeko barrunbe bat edo materialaren emisibitatea ezagutzea. Material horiek egoera likidoan mantentzea konplexua denez, zulo bat egiten da materialaren hagaxka batean, eta erradiazioa neurtzen da materiala urtzen hasten denean. Gaur egun, edukiontzirik gabeko laser bidezko berotze teknika aurreratuek, pirometro azkarrekin batera, muturreko tenperaturetan neurketa laburrak egitea ahalbidetzen dute, toki gutxi uzten baitiete baporizazioari edo ontziarekiko erreakzioak bezalako arazoei.

Termodinamika

aldatu
 
Uraren fusio-puntuaren presioarekiko mendekotasuna

Solido bat urtzeko, beroa behar da haren tenperatura urtze-punturaino igotzeko. Hala ere, bero gehiago eman behar da fusioa gerta dadin: horri fusio-beroa deitzen zaio, eta bero sorraren adibide bat da.

Ikuspuntu termodinamikotik, fusio-puntuan, materialaren Gibbs energia askearen aldaketa (ΔG) zero da, baina materialaren entalpia (H) eta entropia (S) handitu egiten dira (ΔH, ΔS> 0). Urtze-fenomenoa gertatzen da likidoaren Gibbs energia askea solidoarena baino baxuagoa bihurtzen denean material horretarako. Presio ezberdinetan, tenperatura jakin batean gertatzen da hori. Honako hau ere froga daiteke:

 

Hemen, T, ΔS eta ΔH , hurrenez hurren, fusio-puntuko tenperatura, fusio-entropiaren aldaketa eta fusio-entalpiaren aldaketa dira.

Fusio-puntua oso sentikorra da presio-aldaketa handiekiko, baina, oro har, sentikortasun hori irakite-puntuarena baino magnitude txikiagoko ordenak dira, solidotik likidora trantsizioak bolumen-aldaketa txiki bat baino ez baitu adierazten.[8] [9] Kasu gehienetan ikusten den bezala, substantzia bat egoera solidoan egoera likidoan baino dentsoagoa bada, fusio-puntua handitu egingo da presioa handitzean. Bestela, alderantzizko portaera gertatzen da. Aipatzekoa da hori dela uraren kasua, eskuinean grafikoki ikusten den bezala, baina baita Si, Ge, Ga, Bi-rena ere. Presio-aldaketa ikaragarri handiekin, aldaketa aipagarriak ikusten dira urtze-puntuan. Adibidez, giro-presioko silizioaren fusio-puntua (0,1 MPa) 1415 °C da, baina 10 GPa baino presio handiagoetan 1000 °C-ra jaisten da. [10]

Urtze-puntuak konposatu organiko eta ez-organikoen karakterizatzeko eta purutasuna zehazteko erabiltzen dira askotan. Substantzia puru baten urtze-puntua beti da altuagoa, eta tarte txikiagoa du substantzia ez-puru baten edo, oro har, nahasteen urtze-puntuak baino. Zenbat eta handiagoa izan beste osagai batzuen kantitatea, orduan eta txikiagoa izango da fusio-puntua, eta orduan eta handiagoa izango da fusio-puntuaren tartea, askotan "tarte oretsua" deritzona. Nahaste baten fusioa hasten den tenperaturari “solidus” esaten zaio, eta fusioa amaitzen den tenperaturari, berriz, "liquidus". Eutektikoak nahaste-mota bereziak dira, fase bakar bat bezala jokatzen dutenak. Bat-batean urtzen dira tenperatura konstantean, eta konposizio bereko likidoa osatu. Bestela, likido bat konposizio eutektikoarekin hoztean, solidotu egingo da, eta konposizio bera duten eta uniformeki sakabanatuta dauden (pikor fineko) kristal misto txikien multzoa bihurtuko da.

Solido kristalinoek ez bezala, beirek ez dute urtze-punturik; berotzean, beira-trantsizio leun bat izaten dute likido likatsua bihurtuz. Beroa ematen jarraituz gero, bigundu egiten dira pixkanaka, eta zehaztu egin daitezke aldaketa horretarako biguntze-puntuak.

Jaitziera Krioskopikoa

aldatu

Disolbatzaile baten izozte-puntua txikiagotu egiten da beste konposatu bat gehitzen denean; horrek esan nahi du disoluzio batek disolbatzaile puru batek baino izozte-puntu txikiagoa duela. Aplikazio tekniko ugari ditu fenomeno horrek. Adibidez, ura izoztu ez dadin, gatza edo etilenglikola gehitu ahal zaio.[11][12]

Substantzien urtze-puntuaren aurresatea

aldatu

2011ko otsailean, Alfa Aesarrek bere katalogoko konposatuen 10.000 fusio-puntu baino gehiago argitaratu zituen datu ireki gisa. Datu-multzo hori ausazko baso-eredu bat sortzeko erabili da, orain doan eskuragarri dagoen fusio-puntua iragartzeko.[13] Fusio-puntuaren datu irekiak Nature Precedings-en ere eskuragarri daude.[14] Tetko-k eta lankideek patenteetatik eta ereduetatik ere kalitate handiko datuak argitaratu zituzten.[15][16]

Ikus, gainera

aldatu

Bibliografia

aldatu
  1. Haynes, p. 4.122.
  2. Feistel, Rainer; Wagner, Wolfgang. (2006-06-01). «A New Equation of State for H2O Ice Ih» Journal of Physical and Chemical Reference Data 35: 1021–1047.  doi:10.1063/1.2183324. ISSN 0047-2689. (Noiz kontsultatua: 2024-10-25).
  3. (Ingelesez) «CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data | WorldCat.org» search.worldcat.org (Noiz kontsultatua: 2024-10-25).
  4. Agte, C.; Alterthum, H. (1930). «Researches on Systems with Carbides at High Melting Point and Contributions to the Problem of Carbon Fusion». Z. Tech. Phys. 11: 182-191.
  5. Hong, Qi-Jun; van de Walle, Axel. (2015-07-01). «Prediction of the material with highest known melting point from ab initio molecular dynamics calculations» Physical Review B 92: 020104.  doi:10.1103/PhysRevB.92.020104. ISSN 0163-1829. (Noiz kontsultatua: 2024-10-25).
  6. Buinevich, V. S.; Nepapushev, A. A.; Moskovskikh, D. O.; Trusov, G. V.; Kuskov, K. V.; Vadchenko, S. G.; Rogachev, A. S.; Mukasyan, A. S.. (2020-07-01). «Fabrication of ultra-high-temperature nonstoichiometric hafnium carbonitride via combustion synthesis and spark plasma sintering» Ceramics International 46 (10, Part B): 16068–16073.  doi:10.1016/j.ceramint.2020.03.158. ISSN 0272-8842. (Noiz kontsultatua: 2024-10-25).
  7. Holman, S. W.; Lawrence, R. R.; Barr, L.. (1895). «Melting Points of Aluminum, Silver, Gold, Copper, and Platinum» Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences 31: 218–233.  doi:10.2307/20020628. ISSN 0199-9818. (Noiz kontsultatua: 2024-10-28).
  8. (Gaztelaniaz) Ecuación de Clausius-Clapeyron. 2024-10-30 (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).
  9. archive.wikiwix.com (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).
  10. Tonkov, E. Yu. and Ponyatovsky, E. G. (2005) Phase Transformations of Elements Under High Pressure, CRC Press, Boca Raton, p. 98 ISBN 0-8493-3367-9
  11. (Gaztelaniaz) Descenso crioscópico. 2024-10-04 (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).
  12. (Gaztelaniaz) Sobrefusión. 2024-10-11 (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).
  13. «10967/104 - QDB Predictor» qsardb.org (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).
  14. (Ingelesez) Bradley, Jean-Claude; Lang, Andrew; Williams, Antony; Curtin, Evan. (2011-08-11). «ONS Open Melting Point Collection» Nature Precedings: 1–1.  doi:10.1038/npre.2011.6229.1. ISSN 1756-0357. (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).
  15. OCHEM melting point models. ochem.eu. Retrieved on 08 November 2024.
  16. Tetko, Igor V.; M. Lowe, Daniel; Williams, Antony J.. (2016-01-22). «The development of models to predict melting and pyrolysis point data associated with several hundred thousand compounds mined from PATENTS» Journal of Cheminformatics 8 (1): 2.  doi:10.1186/s13321-016-0113-y. ISSN 1758-2946. PMID 26807157. PMC PMC4724158. (Noiz kontsultatua: 2024-11-08).