العوامل المؤثرة على درجة الانصهار

بواسطة: - آخر تحديث: ١٢:٣٢ ، ٢٨ أغسطس ٢٠١٩

درجة الانصهار

تُعرف درجة الانصهار بأنها درجة الحرارة التي تتوازن عندها الأشكال الصلبة والسائلة لمادة نقية، إذ أن تطبيق درجة حرارة على مادة صلبة وزيادتها يؤدي إلى وصولها لنقطة الانصهار، وبالتالي تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تحويل المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة دون تغيير على درجة الحرارة، وبالتالي عندما تذوب جميع المادة الصلبة فستزيد الحرارة الإضافية من درجة حرارة المادة السائلة، وتعد درجة حرارة انصهار المواد الصلبة البلورية من الخصائص المميزة والمستخدمة لتمييز المركبات والعناصر النقية، إذ إن معظم المواد الصلبة تذوب عند درجات حرارة معينة، وتعد درجة انصهار المادة الصلبة مساوية لدرجة التجمد لنفس المادة في الحالة السائلة نظريًا، إلا أن وجود الشوائب في المادة السائلة قد تخفض من درجة التجمد الفعلية.[١]


العوامل المؤثرة على درجة الانصهار

تعد نقطة تجمد السائل مساوية لنقطة انصهاره، فعلى سبيل المثال يعد الجليد الشكل الصلب من الماء، والذي يذوب عند درجة حرارة صفر مئوية ليتغير إلى شكله السائل، كما أنه يتجمد عند نفس درجة الحرارة ليتحول إلى جليد، ومن الصعب تسخين المواد الصلبة إلى درجة حرارة أعلى من درجة الانصهار، لذلك فإن تحديد درجة انصهار المادة يساهم في تحديد خصائص المادة، ومن أبرز العوامل المؤثرة على درجة الانصهار ما يأتي:[٢]

شكل الجزيئات وحجمها

يكون للمادة درجة انصهار أعلى كلما كانت الجزيئات محكمة الترابط معًا، وعندما تكون الفراغات فيما بينها صغيرة، فعلى سبيل المثال؛ تعد درجة انصهار جزيئات النيوبنتان المتناظرة ذات درجة انصهار أعلى من الأيزوبنتان، إذ تكون الفراغات بينها أكبر، كما يؤثر حجم الجزيئات أيضًا على درجة الانصهار، إذ تنصهر الجزيئات ذات الحجم الأصغر في درجات حرارة أقل من الجزيئات ذات الحجم الأكبر، فعلى سبيل المثال؛ تنصهر جزيئات الإيثانول على درجة حرارة -114.1 درجة مئوية، بينما تنصهر جزيئات السليلوز الإيثيلي الأكبر حجمًا على درجة حرارة 151 درجة مئوية، إذ أن الجزيئات كبيرة الحجم تتكون من العديد من الذرات اللافلزية التي ترتبط مع الذرات المجاورة لها بروابط تساهمية؛ كالماس، والسيليكا، والجرافيت، التي لديها درجات انصهار عالية؛ لأنها تحتاج إلى كسر روابطها التساهمية القوية قبل انصهارها.[٢]

قوى التجاذب بين الجزيئات

تعد قوى التجاذب بين الجزيئات من العوامل المؤثرة على درجات الانصهار، إذ كلما ازدادت قوى التجاذب ازدادت درجة الانصهار اللازمة لتكسير الروابط فيما بينها، وبصورة عامة فإن المركبات الأيونية تمتاز بدرجات انصهار عالية؛ ويعود ذلك إلى أن القوى الإلكتروستاتيكية التي تربط بين الأيونات قوية، كما أن المركبات العضوية التي ترتبط مع بعضها البعض بقوى قطبية خاصة ارتباطها مع الهيدروجين فإن لها درجات انصهار عالية، إذ أن درجات انصهار المواد القطبية أعلى منها في المواد التي ترتبط معًا بروابط غير قطبية عندما تكون ذات أحجام متماثلة، فعلى سبيل المثال؛ تبلغ درجة انصهار مركب أحادي كلوريد اليود، والذي يعد إحدى المركبات القطبية، حوالي 27 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة انصهار البروم، والذي يعد من المواد غير القطبية، حوالي -7.2 درجة مئوية.[٢]

وجود الشوائب في المادة

تنصهر المواد الصلبة التي تحتوي على شوائب في درجات حرارة منخفضة وعلى نطاق درجات حرارة أوسع والتي تُعرف باسم نقطة انخفاض درجة الانصهار، أما في المواد الصلبة النقية، فيكون نطاق درجات الحرارة أضيق، إذ يتراوح بين 1-2 درجة مئوية، ويُطلق على هذا النطاق اسم درجات الانصهار الحادة، ويسبب وجود الشوائب عيوب في هيكلية تلك الجزيئات والتي تجعل من السهل التغلب على قوى الترابط فيما بينها، وتعد نقطة الانصهار الحادة دليلًا على نقاء العينة إلى حدّ ما، أما نطاق درجات الانصهار الواسعة فيعد دليلًا على وجود الشوائب في المادة، فعلى سبيل المثال؛ تحتوي البلورات العضوية النقية على جزيئات موحدة ولا تحتوي على فراغات، إلا أن تلك البلورات تكون غير نقية عندما تكون موجودة في خليط مكون من جزيئين عضويين مختلفين؛ وذلك لأنها لا تتوافق جيدًا مع بعضها البعض، وبالتالي فإن المواد النقية تحتاج غلى درجات حرارة أعلى للانصهار منها في المواد غير النقية.[٢]


كيفية حدوث الانصهار في المادة

يحدث الانصهار عند تسخين المادة الصلبة أو امتصاصها للحرارة من البيئة المحيطة بها، إذ تبدأ جزيئات تلك المادة في الحصول على طاقة كافية للتغلب على قوى التجاذب فيما بينها؛ كجزيئات الماء في الجليد التي تساعد فيها روابط الهيدروجين في الحفاظ على البنية الصلبة للجليد، ففي الجليد تبدأ الجزيئات الموجودة في الجزء الخارجي من المكعب الجليدي بالانصهار، على الرغم من بقاء الجزء الداخلي منه باردًا بدرجة كافية ليحافظ على حالته الصلبة، فتبدأ عملية الذوبان من الخارج إلى الداخل حتى تذوب كامل العينة، وبالتالي فإن عملية الانصهار تتكون من عمليتين مشتركتين هما؛ امتصاص الطاقة الحرارية من التسخين أو البيئة المحيطة، ثم استخدام الطاقة الممتصة لتفكيك الجزيئات المكونة لتللك المادة الصلبة.[٣]


تطبيقات على درجة الانصهار

تستخدم درجات الانصهار لتحديد خصائص المركبات والمواد الصلبة والتأكد من درجة نقائها، ومن أبرز التطبيقات على درجة الانصهار ما يأتي:[٤]

  • يتميز الجليد بدرجة انصهار عالية نسبيًا، لذلك فإنه مفيد للتبريد والحفاظ على المواد بدرجات حرارة منخفضة.
  • يعد انصهار المواد الصلبة وسيلة لإعادة تشكيلها، إذ تُصهر العديد من المواد؛ كالمعادن والبلاستيك، لإعادة تشكيلها بأشكال جديدة.
  • يعد الصهر وسيلة لفصل بعض المواد عن بعضها البعض في حال كان لدينا مزيج من المواد الصلبة، إذ يعتمد فصلها على أن بعض المواد تتميز بدرجات انصهار منخفضة عن غيرها التي تتميز بدرجات انصهار أعلى.
  • يعد انصهار المعادن وسيلة لإعداد السبائك التي يُجمع بينها عندما تكون في الحالة المنصهرة، ثم السماح لها بالتصلب.
  • تعد المواد ذات درجات الانصهار العالية مفيدة لصناعة مواد ذات مقاومة عالية لدرجات الحرارة، فعلى سبيل المثال؛ يستخدم التنغستن ذو درجة الانصهار العالية في صناعة خيوط المصابيح الكهربائية.


المراجع

  1. Erik Gregersen, "Melting point"، britannica, Retrieved 18-7-2019. Edited.
  2. ^ أ ب ت ث Claire Gillespie (13-4-2018), "What Factors Affect Melting Point?"، sciencing, Retrieved 18-7-2019. Edited.
  3. Nancy Devino, "What is Melting Point? - Definition, Range & Determination"، study, Retrieved 18-7-2019. Edited.
  4. "Melting", newworldencyclopedia, Retrieved 18-7-2019. Edited.