القوى التي يجب التغلب عليها عند ذوبان الثلج
القوى التي يجب التغلب عليها عند ذوبان الثلج هي القوى التي تربط كل جزيئات الجليد وتجعلها تتماسك وتتماسك معًا.
من أجل توفير الطاقة اللازمة للثلج، يتم ذلك عن طريق تعريض الثلج للتسخين بالحرارة، حيث يؤدي رفع درجة حرارة الثلج إلى كسر روابطه وإضعاف هيكله الجليدي.
يؤدي رفع درجة حرارة جزيئات الجليد إلى الحركة السريعة لهذه الجسيمات، والتي تعمل على الذوبان بمرور الوقت، مما يتسبب في تحول الثلج إلى شكل سائل، تكون فيه حركة الجزيئات أكبر مقارنة بالحالة الصلبة.
لذلك، يبدأ الثلج في الذوبان من خلال:
- يكتسب الثلج طاقة حرارية.
- تعمل هذه الطاقة على تفكيك الترابط بين جزيئات الجليد، مما يؤدي إلى حركة أسرع.
- إضعاف الترابط والتمدد للثلج، وانحلال جزيئاته إلى ماء سائل.
نقطة انصهار الثلج
تعلمنا سابقًا عن القوى التي يجب التغلب عليها عند ذوبان الثلج، والآن سنتعرف على نقطة انصهار الثلج.
تسمى درجة الحرارة التي يتحول عندها الجليد من الصورة الصلبة إلى الصورة السائلة نقطة انصهار الثلج، وهي الحالة التي يذوب فيها الثلج ويمكن أن تكون درجة حرارة الغرفة حيث يكون الهواء الجوي أكثر دفئًا من الثلج و تعمل على تزويدها بالطاقة اللازمة للذوبان، وتنتج المزيد من الهواء البارد وتحويل الثلج إلى ماء.
من الصعب التحديد الدقيق لنقطة انصهار المواد غير المتبلورة لأنها تذوب عند درجة حرارة أعلى، وهذا يحدث بسبب عشوائية تكوينها، ولا تذوب جميعها عند درجة حرارة ثابتة، وعند بدء الذوبان تستمر درجة الحرارة مما يؤدي إلى صعوبة تحديد درجة الانصهار.
جهاز تحديد نقطة الانصهار
تعلمنا سابقًا عن القوى التي يجب التغلب عليها عند ذوبان الجليد ونقطة انصهار الثلج، سنتعرف الآن على جهاز تحديد نقطة الانصهار
يحتاج العلماء والمفكرون دائمًا إلى معرفة نقطة الانصهار لمساعدتهم على إضافة المعلومات التي ستكون مفيدة لهم في دراساتهم، ونتيجة لذلك قاموا بإنشاء جهاز لتحديد درجة الانصهار.
يتكون مكتشف نقطة الانصهار من عدسة مراقبة وقنوات أنبوبية تسمح بإدخال العينة ومقياس حرارة رقمي وأنبوب نقطة الانصهار ومقبض التحكم في درجة الحرارة.
يمكن استخدام أنبوب ثيل لتحديد درجة الانصهار، ويتكون من زيت تسخين، وميزان حرارة، وأنبوب زجاجي، وتوضع المادة التي تريد قياس درجة انصهارها فيها حتى تسخن وتبدأ في الذوبان، ثم يتم تحديد نقطة الانصهار حتى تكون درجة الحرارة ثابتة.
العوامل التي تعتمد عليها درجة الذوبان
نقطة الانصهار هي الدرجة التي تتحول عندها المادة من مادة صلبة إلى سائلة، وتعتمد درجة انصهار الجليد على عدد من العوامل، وهذه العوامل هي:
نقاء الماء
تؤثر درجة نقاء الماء ووجود الشوائب فيه بشكل كبير على عملية الذوبان، لأن الشوائب قادرة على إحداث بعض المشاكل والعيوب في الاتصال بين جزيئات الجليد، مما يعمل على إضعافها وتفككها وتسهيل ذوبانها.
لذلك، فإن أي مادة ذات درجة انصهار عالية هي مادة نقية.
الضغط عليها
يعد الضغط الجوي أحد العوامل التي تؤثر بشكل كبير على عملية الذوبان. كلما زاد الضغط الجوي على مادة ما، كلما انخفضت نقطة الانصهار.
بشكل أكثر وضوحًا، تذوب المادة بسرعة أكبر وبسهولة كلما زاد الضغط عليها.
تكوين جسيمات المادة
تؤثر جزيئات المادة على نقطة الانصهار من خلال عامل يسمى الحجم الجزيئي. كلما كان الحجم الجزيئي للمادة أصغر، انخفضت درجة حرارة ذوبانها.
على سبيل المثال، الحجم الجزيئي لإيثيل السلولوز أكبر من حجم الإيثانول، حيث تبلغ درجة انصهار إيثيل السلولوز 151 درجة مئوية، ونقطة انصهار الإيثانول هي -114.1 درجة مئوية.
قوة الجاذبية
تؤثر قوة التجاذب على نقطة الانصهار، وهي تشير إلى قوة الجذب بين الروابط التي تربط جزيئات الجليد ببعضها البعض لتكوين المادة، حيث أن المركبات الأيونية تتمتع بدرجة عالية من الانصهار بشكل عام، والسبب وراء ذلك هو الكهرباء الساكنة. الرابطة أو الرابطة الأيونية التي تعمل على ربط الأيونات.
ترتبط جزيئات المركبات العضوية بروابط قطبية، وخاصة نوع الروابط الهيدروجينية، والتي تعد من أقوى الروابط الموجودة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة انصهارها.
من خلال الموضوع السابق تعرفنا على القوى التي يجب التغلب عليها عند ذوبان الثلج، كما تعرفنا على درجة انصهار الثلج وجهاز تحديد درجة الانصهار، بالإضافة إلى العوامل التي تعتمد عليها درجة الانصهار، و من خلال ما سبق نجد أن ذوبان الثلج بأشكاله المختلفة يحتاج إلى التعرض للحرارة، لكن درجة الحرارة تختلف حسب شكل الثلج.