Urtze-puntu

Urtze-puntu

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

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). 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); 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); 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) fusio-puntu oso altua duena. Mekanika kuantikoaren ordenagailu bidezko simulazioek iragarri dute HfN_0,38C_0,51 aleazioak fusio-puntu are altuagoa (4127ºC inguru) izango duela, eta horrek ingurumen-presioko fusio-puntu altuena duen substantzia bihurtuko lukeela. Iragarpen hori esperimentuen bidez baieztatu zen gerora. 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)	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

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

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

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

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:

$\Delta S={\frac {\Delta H}{T}}$

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. 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.

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

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.

Substantzien urtze-puntuaren aurresatea

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. Fusio-puntuaren datu irekiak Nature Precedings-en ere eskuragarri daude. Tetko-k eta lankideek patenteetatik eta ereduetatik ere kalitate handiko datuak argitaratu zituzten.

Ikus, gainera

• Urtze
• Irakite-puntu
• Izozte-puntu
• Puntu hirukoitz

Bibliografia

• Datuak: Q15318
• Multimedia: Melting point / Q15318