Erime Noktası Nedir?
Erime noktası, maddenin katıdan sıvıya geçtiği sıcaklık değeridir. Erime noktasında katı ve sıvı faz dengede bulunur. Bir maddenin erime noktası basınca bağlıdır ve genellikle 1 atmosfer veya 100 kPa gibi standart bir basınçta belirtilir. Sıvıdan katı faza geçilen sıcaklık değeri donma noktası veya kristalleşme noktası olarak adlandırılır.
ÖNEMLİ NOT: Bazı maddelerin aşırı soğuyabilmesinden dolayı donma noktası bir maddenin karakteristik özelliği olarak kabul edilmez.
Örnekler
Çoğu madde için erime ve donma noktaları yaklaşık olarak aynıdır. Örnek olarak, civanın erime noktası ve donma noktası 234,32 Kelvin’dir (-38,83 °C veya -37,89 °F). Bazı maddeler farklı katı-sıvı geçiş sıcaklıklarına sahiptir. Agar 85 °C’de (185 °F) erir ve 31 °C’de (88 °F veya 304 K) katılaşır. 1 atmosfer basınçta buzun erime noktası 0 °C’ye (32 ° F; 273 K) çok yakındır. Bu nokta aynı zamanda buz noktası olarak da bilinir. Çekirdekleştirici maddelerin varlığında suyun donma noktası erime noktası ile her zaman aynı değildir. Çekirdekleyicilerin yokluğunda, su donmadan önce -48,3 °C’ye (-55 °F, 224,8 K) kadar aşırı soğutulmuş bir sıvı olarak var olabilir.
En yüksek erime noktasına sahip kimyasal element 3,414 °C’de (6,177 ° F; 3,687 K) tungstendir. bu özelliği tungstenin ampullerde filament olarak kullanılmasını sağlar. Karbon, ortam basıncında erimez ancak yaklaşık 3,726,85 ° C’de (6,740,33 ° F; 4,000,00 K) süblimleşir. Sıvı faza yalnızca 10 MPa (99 atm) basınç değerinin üzerinde ve tahmini 4,030–4,430 °C’de (7,290–8,010 ° F; 4,300–4,700 K) ulaşır. Hafniyum karbür (Ta4HfC5), çok yüksek erime noktası 4215 K (3942 °C, 7128 °F) olan refrakter bir bileşiktir. Kuantum mekanik bilgisayar simülasyonları ile HfN0.38C0.51 alaşımının daha da yüksek bir erime noktasına (yaklaşık 4400 K) sahip olacağını tahmin edildi, bu tahmine göre alaşım ortam basıncında en yüksek erime noktasına sahip madde olacaktır. Bu tahmin daha sonra deney ile doğrulandı.
Yaygın Kullanılan Kimyasalların Erime Noktası
| Yaygın kimyasalların listesi | |||
| Kimyasal | Yoğunluk (g/cm3) | Erime Noktası ( K ) | Kaynama Noktası ( K ) |
| Su | 1 | 273 | 373 |
| Lehim (Pb60Sn40) | – | 456 | – |
| Kakao yağı | – | 307.2 | – |
| Parafin mumu | 0.9 | 310 | 643 |
| Hidrojen | 0.00008988 | 14.01 | 20.28 |
| Helyum | 0.0001785 | – | 4.22 |
| Berilyum | 1.85 | 1560 | 2742 |
| Karbon | 2.267 | – | 4000 |
| Azot | 0,0012506 | 63.15 | 77,36 |
| Oksijen | 0.001429 | 54,36 | 90.20 |
| Sodyum | 0.971 | 370.87 | 1156 |
| Magnezyum | 1.738 | 923 | 1363 |
| Alüminyum | 2.698 | 933,47 | 2792 |
| Kükürt | 2.067 | 388,36 | 717.87 |
| Klor | 0.003214 | 171.6 | 239.11 |
| Potasyum | 0.862 | 336.53 | 1032 |
| Titanyum | 4.54 | 1941 | 3560 |
| Demir | 7.874 | 1811 | 3134 |
| Nikel | 8.912 | 1728 | 3186 |
| Bakır | 8,96 | 1357.77 | 2835 |
| Çinko | 7.134 | 692.88 | 1180 |
| Galyum | 5.907 | 302.9146 | 2673 |
| Gümüş | 10.501 | 1234.93 | 24:35 |
| Kadmiyum | 8.69 | 594.22 | 1040 |
| İndiyum | 7.31 | 429.75 | 2345 |
| İyot | 4.93 | 386.85 | 457.4 |
| Tantal | 16.654 | 3290 | 5731 |
| Tungsten | 19.25 | 3695 | 5828 |
| Platin | 21.46 | 2041.4 | 4098 |
| Altın | 19.282 | 1337.33 | 3129 |
| Cıva | 13.5336 | 234.43 | 629,88 |
| Kurşun | 11.342 | 600.61 | 2022 |
| Bizmut | 9.807 | 544.7 | 1837 |
Erime Noktası Nasıl Ölçülür?
Erime noktasını belirlemek için birçok laboratuvar tekniği kullanılır. Kofler tezgahı, sıcaklık gradyanlı (Oda sıcaklığı ile 300 °C aralığında) bir metal şerittir. Herhangi bir madde şeridin bir bölümüne yerleştirilebilir ve bu noktada sıcaklıktaki termal davranış ortaya çıkar. Diferansiyel taramalı kalorimetri füzyon entalpisi ile birlikte erime noktası hakkında bilgi verir.
Kristal katıların analizi için kullanılan temel bir erime noktası cihazı, şeffaf bir pencereye sahip bir yağ banyosundan ve basit bir büyüteçten oluşur. Birkaç katı taneciği ince bir cam tüpe yerleştirilir ve kısmen yağ banyosuna daldırılır. Yağ banyosu ısıtılır ve karıştırılır, büyüteç ve ışık kaynağı yardımıyla kristallerin belirli bir sıcaklıkta erimesi tek tek gözlemlenebilir. Yağ banyosu yerine metal bir blok kullanılabilir. Bazı modern cihazlarda otomatik optik algılama bulunur.
Ölçüm bir işletim süreci ile aynı zamanda sürekli olarak yapılabilir. Örnek olarak, petrol rafinerileri dizel yakıtın donma noktasını çevrimiçi olarak ölçer, bu da numunenin işlemden alındığı ve otomatik olarak ölçüldüğü anlamına gelmektedir. Bu durum örneğin manuel olarak toplanması ve uzaktaki bir laboratuvara götürülmesini gerektirmediği için daha sık ölçüm yapılmasına olanak sağlar.
Erime Noktası Tahmini (Lindemann Kriteri)
Kristal malzemelerin toplu erime noktasını tahmin etme girişimi ilk olarak 1910’da Frederick Lindemann tarafından yapıldı. Teorinin arkasındaki fikir, termal titreşimlerin ortalama genliğinin sıcaklıkla artışı ile artmasıdır. Erime, titreşim genliğinin bitişik atomlarla kısmen aynı alanı kaplayacak yeterli büyüklüğe ulaşması ile başlar. Lindemann kriterinde, titreşim kökü ortalama kare genliğinin eşik değerini aştığında erime beklenir.
Bir kristaldeki tüm atomların aynı frekansta titreştiğini varsayılırsa, ortalama termal enerji aşağıdaki gibi eş bölüm teoremi kullanılarak tahmin edilebilir.
E= 4* π****4 * m *v2* u****2 = KB*T
m: Atomik kütle
ν: Frekans
u: Ortalama titreşim genliği
KB: Boltzmann sabiti
T: Mutlak sıcaklık
u2: Eşik değeri = c2a2
c: Lindemann sabiti
a: Atomik aralık
T****m = 4* π****4 * m *v2* c2a****2 / K****B
Ortalama termal enerjinin tahminine bağlı olarak tahmini erime sıcaklığı şu ifade ile de gösterilebilir.
T****m = 4* π****4 * m *v2* c2a****2 / 2*K****B
v için debye frekansı ifadesinden;
T****m = 2* π * m * c****2 a****2 * θ2D * K****B / h****2
θ****D : Debye sıcaklığı
h: Plank sabiti
c: 0.15 ile 0.3 aralığındadır.