الانصهار: ما يتكون من الأمثلة والتجربة
الانصهار هو تغيير الحالة من الحالة الصلبة إلى السائلة لمادة ما في نطاق درجات الحرارة. إذا كانت المادة تحتوي على درجة عالية من النقاء ، فإن الهامش يتوافق مع درجة حرارة معينة: نقطة الانصهار. وعندما يكون هناك درجة معينة من الشوائب ، يتم تمثيل نقطة الانصهار بنطاق (على سبيل المثال ، 120-122 درجة مئوية).
انها واحدة من العمليات المادية الأكثر شيوعا في الطبيعة. المواد الصلبة تمتص الحرارة وترفع درجة حرارتها حتى تبدأ أول قطرات من السائل في التكون. بعد ذلك ، تتبع القطرات الأخرى الأولى ، وعلى الرغم من عدم ذوبان جميع المواد الصلبة ، تظل درجة الحرارة ثابتة.
لماذا؟ لأن كل الحرارة تستهلك لإنتاج المزيد من السوائل ، بدلاً من تسخين الأخير. لذلك ، يكون للصلب والسائل نفس درجة الحرارة ويتعايشان في حالة توازن. إذا كان مصدر الحرارة ثابتًا ، ينتهي التوازن بالتحول إلى التكوين الكامل للسائل.
لهذا السبب ، عندما يبدأ ذوبان الجليد في فصل الربيع ، بمجرد أن يبدأ تغيير الحالة ، لن ينتهي حتى يتحول إلى ماء سائل. في الصورة أعلاه ، يمكن ملاحظة أنه حتى بعض بلورات الجليد تطفو داخل قطرة معلقة.
يعد تحديد نقطة انصهار مادة غير معروفة اختبارًا ممتازًا للتعرف عليها (طالما أنها لا تحتوي على العديد من الشوائب).
يكشف أيضًا عن مدى قوة التفاعلات بين الجزيئات التي تتكون منها المادة الصلبة ؛ بينما وجدت في درجات حرارة أعلى ، أقوى قوى الجزيئات.
ما هو الاندماج؟
يتكون الانصهار من تغيير الحالة من الحالة الصلبة إلى السائل. تمتلك الجزيئات أو الذرات الموجودة في السائل طاقة متوسطة أعلى ، لأنها تتحرك وتهتز وتدور بسرعات أعلى. هذا يؤدي إلى زيادة في الفضاء بين الجزيئات ، وبالتالي زيادة في الحجم (على الرغم من أن هذا ليس هو الحال مع الماء).
كما هو الحال في الجزيئات الصلبة في ترتيب أكثر إحكاما ، فإنها تفتقر إلى الحريات في حركتها ، ولديها متوسط طاقة أقل. لكي يحدث انتقال السائل الصلب ، يجب أن تهتز جزيئات أو ذرات المادة الصلبة بسرعات أعلى عن طريق امتصاص الحرارة.
لأنها تهتز ، فإنها تفصل مجموعة من الجزيئات التي تتجمع لتشكل أول قطرة. وهكذا ، فإن الاندماج ليس أكثر من ذوبان المادة الصلبة الناتجة عن تأثير الحرارة. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كان الانصهار للمادة الصلبة أسرع.
على وجه الخصوص ، يمكن للاندماج أن يفسح المجال لتشكيل الأنفاق والمسام داخل المادة الصلبة. يمكن إظهار ذلك من خلال تجربة مخصصة للأطفال.
يذوب المخاليط الصلبة والمستحلبات
الآيس كريم
الانصهار يشير إلى ذوبان مادة أو خليط بالحرارة. ومع ذلك ، فقد استخدم المصطلح أيضًا للإشارة إلى ذوبان المواد الأخرى التي لا تصنف بشكل صارم على أنها مواد صلبة: المستحلبات.
المثال المثالي يكمن في الآيس كريم. إنها مستحلبات من الماء المتجمد (وفي بعض الأحيان متبلورة) ، بالهواء والدهون (الحليب ، القشدة ، الكاكاو ، الزبدة ، إلخ).
يذوب الآيس كريم أو يذوب لأن الجليد يتجاوز نقطة انصهاره ، ويبدأ الهواء في الهروب ، وينتهي السائل بسحب باقي مكوناته.
كيمياء الآيس كريم معقدة للغاية ، وتمثل نقطة اهتمام وفضول عند النظر في تعريف الانصهار.
الجليد الحلو والمالح
فيما يتعلق بالمخاليط الصلبة الأخرى ، لا يمكن للمرء أن يتحدث بشكل صحيح عن نقطة انصهار لأغراض تحليلية ؛ أي أنه ليس معيارًا حاسمًا لتحديد مادة أو عدة مواد. في أحد الخليط ، عندما يذوب أحد المكونات ، يمكن أن تذوب المكونات الأخرى في الطور السائل ، وهو عكس قطري للذوبان.
على سبيل المثال ، سوف يذوب خليط صلب من ملح السكر بالثلج تمامًا بمجرد ذوبان الجليد. نظرًا لأن السكر والملح قابلان للذوبان بشدة في الماء ، فسيذوبانهما ، لكن هذا لا يعني أن السكر والملح قد ذاب.
أمثلة
في المطبخ
يمكن العثور على بعض الأمثلة الشائعة للانصهار داخل المطبخ. تذوب الزبدة والشوكولاتة والصمغ والحلويات الأخرى إذا تلقوا حرارة الشمس مباشرة ، أو إذا كانوا محبوسين في أماكن ساخنة. تذوب بعض الحلوى ، مثل أعشاب من الفصيلة الخبازية ، عن عمد للاستمتاع بأفضل النكهات.
تشير العديد من الوصفات إلى أن مكونًا واحدًا أو أكثر يجب أن يذوب أولاً قبل إضافته. الجبن والدهون والعسل (لزج جدا) هي أيضا من بين هذه المكونات.
في الزينة
لتزيين بعض المساحات والأشياء تستخدم المعادن والزجاج والسيراميك مع تصاميم مختلفة. يمكن رؤية هذه الزخارف على شرفة المبنى أو في الزجاج والفسيفساء في بعض الجدران أو في العناصر المعروضة للبيع داخل الحلي.
تتكون جميعها من مواد تذوب في درجات حرارة مرتفعة للغاية ، لذلك يجب أولاً تذوبها أو تليينها للعمل ومنحها الأشكال المطلوبة.
هذا هو المكان الذي تعمل فيه بالحديد المتوهج ، كما تفعل الحدادين في صناعة الأسلحة والأدوات والأشياء الأخرى. وبالمثل ، يسمح الانصهار بالحصول على السبائك عند لحام معادن أو أكثر بنسب كتلة مختلفة.
من الزجاج المنصهر ، يمكنك إنشاء أشكال زخرفية مثل الخيول والبجع والرجال والنساء وذكريات السفر ، إلخ.
في الطبيعة
يمكن رؤية الأمثلة الرئيسية للانصهار في الطبيعة في ذوبان الجبال الجليدية ؛ في الحمم البركانية ، مزيج من الصخور ذابتها الحرارة الشديدة داخل البراكين ؛ وفي قشرة الكوكب ، حيث يسود وجود المعادن السائلة ، وخاصة الحديد.
ذوبان نقاط من المواد الأكثر شيوعا
فيما يلي قائمة بالمواد الشائعة مع نقاط انصهارها:
، من 0 درجة مئوية
بارافينا ، 65.6 درجة مئوية
- الشوكولاتة ، 15.6 - 36.1 درجة مئوية (لاحظ أنه هامش درجات الحرارة ، لأن هناك شوكولاتة تذوب في درجات حرارة منخفضة أو أعلى)
- حامض البالمتيك ، 63 درجة مئوية
-أغار ، 85 درجة مئوية
الفوسفور ، 44 درجة مئوية
- الألومنيوم ، 658 درجة مئوية
- الكالسيوم ، 851 درجة مئوية
أورو ، 1083 درجة مئوية
-كوبر ، 1083 درجة مئوية
هيرو ، 1530 درجة مئوية
- الزئبق ، - 39 درجة مئوية (السائل في درجة حرارة الغرفة)
- غاز الميثان ، -182 درجة مئوية
- الإيثانول ، -117 درجة مئوية
- جرافيت كربوني ، 4073 درجة مئوية
الماس الكربوني ، 4096 درجة مئوية
كما يمكن أن يرى ، فإن المعادن عمومًا ، بسبب روابطها المعدنية ، لديها أعلى نقاط انصهار. ومع ذلك ، فإن الفحم يتغلب عليها رغم وجود روابط تساهمية ، ولكن بترتيبات جزيئية مستقرة للغاية.
لا تملك الجزيئات الصغيرة وذات الأقطاب الأولية ، مثل غاز الميثان والإيثانول ، تفاعلات قوية بما يكفي لتبقى في الحالة الصلبة عند درجة حرارة الغرفة.
بالنسبة للباقي ، يمكن استنتاج قوة التفاعلات بين الجزيئات داخل المادة الصلبة عن طريق قياس نقطة انصهارها. يجب أن يكون للمادة الصلبة التي تدعم درجات الحرارة الحارقة بنية مستقرة للغاية.
بشكل عام ، تحتوي المواد الصلبة التساهمية ذات الأقطاب القطبية على نقاط انصهار أقل من المواد الصلبة التساهمية القطبية والأيونية والمعدنية.
تجربة لشرح الانصهار للأطفال والمراهقين
قباب الجليد الملونة
ربما تكون هذه واحدة من أكثر التجارب الفنية والبساطة لتفسير الانصهار للأطفال. تحتاج:
-أحد الأطباق ، بطريقة أنه عند تجميد الماء فيها تشكل قباب
- صينية كبيرة لضمان سطح حيث يمكن أن يذوب الجليد دون التسبب في الخراب
-Sal (قد يكون أرخص في السوق)
- تلوينات النبات ، وقطرة أو ملعقة لإضافتها
بمجرد الحصول على قباب الجليد ووضعها على الدرج ، تضاف كمية صغيرة نسبيا من الملح إلى سطحها. إن التلامس الوحيد للملح مع الجليد ، سوف يتسبب في أنهار ماء تبلل الدرج.
وذلك لأن الجليد لديه تقارب كبير للملح ، ويحدث ذوبان نقطة انصهارها أقل من تلك الموجودة في الجليد.
بعد ذلك ، تتم إضافة بضع قطرات من الصبغة إلى القباب. سوف يخترق اللون أنفاق القبة وجميع مسامها ، كأول عواقب ذوبانها. والنتيجة هي كرنفال ملون محاصر داخل الجليد.
أخيرًا ، سيتم خلط الأصباغ في ماء الدرج ، مما يعطي مشهدًا بصريًا آخر للمشاهدين الصغار.
مجلس الوزراء الحراري
داخل خزانة ذات درجة حرارة محكومة ، يمكن وضع سلسلة من المواد في حاويات مقاومة للحرارة. الغرض من هذه التجربة هو إظهار المراهقين أن كل مادة لها نقطة انصهار خاصة بها.
المواد التي يمكن اختيارها؟ منطقياً ، لا يمكن دخول المعادن أو الأملاح إلى الخزانة ، حيث إنها تذوب في درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية (الخزانة ستذوب).
لذلك ، من قائمة المواد ، يمكنك اختيار المواد التي لا تتجاوز 100 درجة مئوية ، على سبيل المثال: الزئبق (على افتراض أنه يمكن تبريد الخزانة إلى ما دون -40 درجة مئوية) ، والجليد ، والشوكولاته ، والبارافين ، وحامض النخيل.
سوف يشاهد المراهقون (والأطفال أيضًا) الزئبق يتحول إلى سائل أسود معدني ؛ ثم ذوبان الجليد الأبيض ، وحانات الشوكولاتة ، وحامض النخيل ، وأخيرا شمعة البارافين.
لشرح سبب ذوبان البارافين في درجات حرارة أعلى من الشوكولاتة ، سيكون من الضروري تحليل بنيته.
إذا كان كل من البارافين وحمض النخلة من المركبات العضوية ، فيجب أن يتكون الأول من جزيء أثقل ، أو جزيء أكثر قطبية (أو كليهما في نفس الوقت). يمكن ترك تفسير لهذه الملاحظات كواجب منزلي للطلاب.
