Corba de refredament

Una corba de refredament és una línia en una gràfica d'una funció que representa la transició de fase de la matèria, en general a partir de gas a sòlid o líquid a sòlid. Aquestes corbes s'utilitzen àmpliament en química i física, i poden ser aplicades (erròniament) a la matèria ja sia per descriure l'escalfament o ja sia per descriure el refredament.

La corba de refredament del naftalè, de l'estat líquid al sòlid.

La variable independent (eix X, horitzontal) és el temps i la variable dependent (eix Y, vertical) és la temperatura.[1] A sota i ha un exemple de corba de refredament utilitzada en la fosa.

Cooling curve pure metal.svg

Aquests gràfics són útils perquè mostren clarament els fenòmens de transició de fase del material. Per a explicar això es pot utilitzar l'aigua com a exemple. En primer lloc, es comença amb un contenidor segellat ple de vapor, les molècules es mouen a gran velocitat, ja que la temperatura és al voltant de 150 °C. Mentre mesurem la temperatura del gas, que es refreda ràpidament, podem veure que la temperatura descendeix a un ritme que és típic de la calor específica del vapor d'aigua fins que arriba a 100 °C, que és quan la temperatura roman constant encara que segueix traient calor del sistema. Després que s'ha format una certa quantitat d'aigua líquida la temperatura comença a baixar, en proporció a la calor específica de l'aigua, i no ja més del vapor, (els dos tenen diferents calors específiques), fins que la temperatura torna a estabilitzar de nou, aquesta vegada a 0 °C. Un cop completada fins a la transició de fase, la temperatura comença a baixar.

L'explicació rau en el fet que les diferents fases de la matèria corresponen a diferents nivells d'energia. El vapor d'aigua a 100 °C té la mateixa temperatura, però té un energia tèrmica molt més gran que l'aigua líquida a 100 °C. El mateix s'aplica a la transició de l'aigua a gel a 0 °C. Això és perquè les molècules d'aigua són molt més lliures per moure's i expandir-se com un gas en lloc d'un líquid, i aquesta llibertat de moviment significa que hi ha una major energia cinètica associada amb cada molècula, i és aquesta energia que es transfereix durant la fase de transició la que explica per què l'energia aparentment desapareix al bullir l'aigua.

Alguns exemples de corbes de refredament:
1) Substància pura sense transició de fase
2) Substància pura o eutètica, amb solidificació a la temperatura Tf
3) Aliatge a miscibilitat completa, amb solidificació en l'interval de temperatura Tl-Ts
4) Aliatge a miscibilitat parcial, amb solidificació en l'interval de temperatura Tl-TE

ReferènciesModifica

  1. Garland, Nibler, and Shoemaker. Experiments in Physical Chemistry (7th ed.)