الانصهار: ما يتكون منه ، أمثلة وتجربة - كيمياء - 2025

و الانصهار هو تغيير الدولة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة للمادة في مجموعة ودرجة الحرارة. إذا كانت المادة ذات درجة نقاء عالية ، فإن النطاق يتوافق مع درجة حرارة معينة: نقطة الانصهار. وعندما تكون هناك درجة معينة من الشوائب ، يتم تمثيل نقطة الانصهار بنطاق (على سبيل المثال 120-122 درجة مئوية).

إنها واحدة من أكثر العمليات الفيزيائية شيوعًا في الطبيعة. تمتص المواد الصلبة الحرارة وترفع درجة حرارتها حتى تبدأ قطرات السائل الأولى في التكون. ثم قطرات أخرى تتبع القطرات الأولى ، وطالما أن كل المادة الصلبة لم تذوب تظل درجة حرارتها ثابتة.

المصدر: Pixabay

لماذا ا؟ لأن كل الحرارة تُستهلك لإنتاج المزيد من السوائل ، بدلاً من تسخين الأخير. لذلك ، فإن المادة الصلبة والسائلة لهما نفس درجة الحرارة ويتعايشان في حالة توازن. إذا كان إمداد الحرارة ثابتًا ، ينتهي التوازن بالتحول إلى التكوين الكامل للسائل.

لهذا السبب ، عندما يبدأ مقرنصات الجليد في الذوبان في الربيع ، بمجرد أن يبدأ تغيير الحالة ، فإنه لن ينتهي حتى يتحول إلى ماء سائل. في الصورة أعلاه ، يمكن ملاحظة أنه حتى بلورات الجليد تطفو داخل قطرة معلقة.

تحديد درجة انصهار مادة غير معروفة هو اختبار ممتاز للتعرف عليها (طالما أنها لا تحتوي على شوائب كثيرة).

كما يكشف عن مدى قوة التفاعلات بين الجزيئات التي تتكون منها المادة الصلبة ؛ عندما يذوب في درجات حرارة أعلى ، ستكون قوى الجزيئات أقوى.

ما هو الاندماج؟

يتكون الاندماج من تغيير الحالة من الحالة الصلبة إلى السائلة. تتمتع الجزيئات أو الذرات الموجودة في السائل بمتوسط ​​طاقة أعلى عندما تتحرك وتهتز وتدور بسرعات أعلى. نتيجة لذلك ، يؤدي هذا إلى زيادة في الفضاء بين الجزيئات وبالتالي زيادة في الحجم (على الرغم من أن هذا ليس هو الحال مع الماء).

كما هو الحال في المادة الصلبة ، تكون الجزيئات في ترتيب أكثر إحكاما ، فهي تفتقر إلى الحريات في حركتها ، ولديها متوسط ​​طاقة أقل. من أجل حدوث الانتقال الصلب إلى السائل ، يجب أن تهتز جزيئات أو ذرات المادة الصلبة بسرعات أعلى عن طريق امتصاص الحرارة.

أثناء اهتزازها ، تنفصل مجموعة من الجزيئات التي تتجمع لتشكل أول قطرة. وهكذا ، فإن الاندماج ليس أكثر من ذوبان المادة الصلبة الناجم عن تأثير الحرارة. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت سرعة ذوبان المادة الصلبة.

على وجه الخصوص ، يمكن أن يؤدي الاندماج إلى تكوين أنفاق ومسام داخل المادة الصلبة. يمكن إثبات ذلك من خلال تجربة مخصصة للأطفال.

يذوب من المخاليط الصلبة والمستحلبات

المصدر: Pixabay

المثلجات

يشير الذوبان إلى الذوبان الحراري لمادة أو مخلوط. ومع ذلك ، فقد تم استخدام المصطلح أيضًا للإشارة إلى ذوبان مواد أخرى غير مصنفة بشكل صارم كمواد صلبة: المستحلبات.

المثال المثالي هو الآيس كريم. وهي عبارة عن مستحلبات من الماء المجمد (وفي بعضها متبلور) بهواء ودهون (لبن ، قشدة ، كاكاو ، زبدة ، إلخ).

يذوب الآيس كريم أو يذوب لأن الجليد يتجاوز نقطة انصهاره ، ويبدأ الهواء في الهروب ، وينتهي السائل بسحب باقي مكوناته.

تعتبر كيمياء الآيس كريم معقدة للغاية ، وتمثل نقطة اهتمام وفضول عند التفكير في تعريف الانصهار.

ثلج حلو ومالح

فيما يتعلق بالمخاليط الصلبة الأخرى ، لا يمكن الحديث بشكل صحيح عن نقطة الانصهار للأغراض التحليلية ؛ أي أنه ليس معيارًا حاسمًا لتحديد مادة أو أكثر. في الخليط ، عندما يذوب أحد المكونات ، يمكن أن تذوب المكونات الأخرى في الطور السائل ، وهو عكس قطريًا للانصهار.

على سبيل المثال ، سيذوب خليط الجليد والسكر والملح الصلب تمامًا بمجرد أن يبدأ الجليد في الذوبان. نظرًا لأن السكر والملح قابلان للذوبان في الماء بشدة ، فسوف يذوبانهما ، لكن هذا لا يعني أن السكر والملح قد ذاب.

أمثلة

في المطبخ

يمكن العثور على بعض الأمثلة الشائعة للانصهار داخل المطبخ. تذوب الزبدة والشوكولاتة والعلكة والحلويات الأخرى إذا تلقت حرارة الشمس المباشرة ، أو إذا كانت محصورة في أماكن ساخنة. بعض الحلوى ، مثل أعشاب من الفصيلة الخبازية ، تذوب عمدًا للحصول على أفضل الاستمتاع بنكهاتها.

تنص العديد من الوصفات على أنه يجب إذابة مكون واحد أو أكثر أولاً قبل إضافته. ومن بين هذه المكونات الجبن والدهون والعسل (شديد اللزوجة).

في الزخرفة

لتزيين بعض المساحات والأشياء ، يتم استخدام المعادن والزجاج والسيراميك بتصميمات مختلفة. يمكن رؤية هذه الزخارف على شرفة أحد المباني ، في الزجاج والفسيفساء لبعض الجدران ، أو في العناصر المعروضة للبيع داخل الجواهريين.

كلها مصنوعة من مواد تذوب في درجات حرارة عالية جدًا ، لذلك يجب أولاً صهرها أو تنعيمها من أجل تشغيلها ومنحها الأشكال المطلوبة.

هنا يتم عمل الحديد المتوهج كما يفعل الحدادين في صناعة الأسلحة والأدوات والأشياء الأخرى. وبالمثل ، يسمح الاندماج بالحصول على السبائك عن طريق لحام معدنين أو أكثر بنسب كتلة مختلفة.

من الزجاج المصهور ، يمكنك إنشاء أشكال زخرفية مثل الخيول والبجع والرجال والنساء وهدايا السفر وما إلى ذلك.

في الطبيعة

يمكن رؤية الأمثلة الرئيسية للذوبان في الطبيعة في ذوبان الجبال الجليدية ؛ في الحمم البركانية ، خليط من الصخور ذابت بفعل الحرارة الشديدة داخل البراكين ؛ وفي قشرة الكوكب حيث يسود وجود المعادن السائلة وخاصة الحديد.

نقاط انصهار معظم المواد الشائعة

يتم سرد سلسلة من المواد الشائعة مع نقاط انصهار كل منها أدناه:

-الجليد ، 0 درجة مئوية

- البارافين ، 65.6 درجة مئوية

- الشوكولاتة ، 15.6-36.1 درجة مئوية (لاحظ أنها نطاق درجة حرارة ، لأن هناك شوكولاتة تذوب في درجات حرارة منخفضة أو أعلى)

-حمض بالميت 63 درجة مئوية

- أغار ، 85 درجة مئوية

- الفوسفور ، 44 درجة مئوية

-الومنيوم 658 درجة مئوية

- الكالسيوم 851 درجة مئوية

- ذهب ، 1083 درجة مئوية

- النحاس ، 1083 درجة مئوية

- الحديد ، 1530 درجة مئوية

- الزئبق ، -39 درجة مئوية (سائل في درجة حرارة الغرفة)

- غاز الميثان ، -182 درجة مئوية

-الإيثانول ، -117 درجة مئوية

-كربون الجرافيت ، 4073 درجة مئوية

- فحم ماسي ، 4096 درجة مئوية

كما يمكن أن نرى ، المعادن بشكل عام ، بسبب روابطها المعدنية ، لديها أعلى نقاط انصهار. ومع ذلك ، فإن الكربون يتجاوزها على الرغم من وجود روابط تساهمية ، ولكن بترتيبات جزيئية مستقرة للغاية.

لا تتفاعل الجزيئات الصغيرة غير القطبية ، مثل غاز الميثان والإيثانول ، بقوة كافية لتبقى صلبة في درجة حرارة الغرفة.

من البقية ، يمكن استنتاج قوة التفاعلات بين الجزيئات داخل المادة الصلبة عن طريق قياس نقطة انصهارها. يجب أن يكون للمادة الصلبة التي تتحمل درجات الحرارة الحارقة هيكل ثابت للغاية.

بشكل عام ، المواد الصلبة التساهمية غير القطبية لها نقاط انصهار أقل من المواد الصلبة التساهمية القطبية والأيونية والمعدنية.

تجربة لشرح الاندماج للأطفال والمراهقين

قباب الجليد الملونة

ربما تكون هذه واحدة من أكثر التجارب الفنية والبساطة لشرح الاندماج للأطفال. انت تحتاج:

- بعض الصفائح بحيث تشكل قباباً عند تجمد الماء فيها

-صينية كبيرة لضمان سطح حيث يمكن أن يذوب الجليد دون التسبب في الخراب

- ملح (قد يكون أرخص سعر في السوق)

- تلوين نباتي وقطارة أو ملعقة لإضافتها

بمجرد الحصول على القباب الجليدية ، ووضعها على الصينية ، تضاف كمية صغيرة نسبيًا من الملح إلى سطحها. مجرد ملامسة الملح للجليد سوف يتسبب في أنهار من الماء ستبلل الصينية.

هذا لأن الجليد لديه درجة عالية من الانجذاب للملح ، ويحدث محلول تكون نقطة انصهاره أقل من نقطة انصهار الجليد.

ثم تُضاف بضع قطرات من مُلوِّن الطعام إلى القباب. سوف يخترق اللون أنفاق القبة وجميع مسامها ، كأول عواقب ذوبانها. والنتيجة هي كرنفال من الألوان محاصر داخل الجليد.

أخيرًا ، سوف تمتزج الملونات في الماء في الدرج ، مما يعطي مشهدًا بصريًا آخر للمشاهدين الصغار.

خزانة حرارية

داخل خزانة يمكن التحكم في درجة حرارتها ، يمكن وضع عدد من المواد في حاويات مقاومة للحرارة. الغرض من هذه التجربة هو إظهار المراهقين أن لكل مادة نقطة انصهار خاصة بها.

ما هي المواد التي يمكن اختيارها؟ منطقيا ، لا المعادن ولا الأملاح يمكن أن تدخل الخزانة ، لأنها تذوب في درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية (الخزانة ستذوب).

لذلك ، من قائمة المواد ، يمكن اختيار تلك التي لا تتجاوز 100 درجة مئوية ، على سبيل المثال: الزئبق (بافتراض أنه يمكن تبريد الخزانة إلى أقل من -40 درجة مئوية) ، والثلج ، والشوكولاتة ، والبارافين ، وحمض البالمتيك.

المراهقون (والأطفال أيضًا) يشاهدون الزئبق يتحول إلى سائل أسود معدني ؛ ثم ذوبان الجليد الأبيض ، وقطع الشوكولاتة ، وحمض البالمتيك ، وأخيراً شمعة البارافين.

لشرح سبب ذوبان البارافين في درجات حرارة أعلى من الشوكولاتة ، سيكون من الضروري تحليل هياكله.

إذا كان كل من البارافين وحمض البالمتيك من المركبات العضوية ، فيجب أن يتكون الأول من جزيء أثقل ، أو جزيء أكثر قطبية (أو كليهما في نفس الوقت). يمكن ترك شرح هذه الملاحظات كواجب منزلي للطلاب.

المراجع

1. ^ Van't Hul J. (24 تموز 2012). تجربة ذوبان الجليد باستخدام الملح والألوان المائية السائلة. تم الاسترجاع من: artfulparent.com
2. توبين ، ديكلان. (2018). حقائق ممتعة حول نقطة الانصهار للأطفال. علم سهل للأطفال. تم الاسترجاع من: easyscienceforkids.com
3. ساره. (2015 ، 11 يونيو). تجربة علمية بسيطة للأطفال: ما الذي يذوب في الشمس؟ متعة مقتصد للبنين والبنات. تم الاسترجاع من: frugalfun4boys.com
4. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
5. h2g2. (03 أكتوبر 2017). نقاط انصهار بعض المواد الشائعة. تم الاسترجاع من: h2g2.com
6. الجامعة المفتوحة. (2006-08-03). نقط الذوبان. تم الاسترجاع من: open.edu
7. لومن ، كيمياء لغير التخصصات. (سادس). نقطة الانصهار. تم الاسترجاع من: course.lumenlearning.com
8. جيليسبي ، كلير. (13 أبريل 2018). ما العوامل التي تؤثر على درجة الانصهار؟ علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com