محتويات
هل زيادة الضغط تؤدي إلى خفض درجة الانصهار
زيادة الضغط تؤدي إلى خفض درجة الانصهار .. عبارة خاطئة لكنها صحيحة ببعض الاستثناءات.
الانصهار يتأثر بعوامل الحرارة والضغط اللذان يكسبان جزيئات الجسم المتعرض لهما طاقة تؤدي إلى سرعة اهتزازها وتحرر الروابط بينها جراء تباعد المسافات البينية التي تفصلها، مما يعني انعدام قوى التجاذب بين تلك الجزيئات وبالتالي الانصهار، فنستنتج إنه كلما زادت الحرارة والضغط سوف تزداد درجة الانصهار، لكن يستثنى من هذه القاعدة درجة انصهار الجليد التي يؤثر فيهل الضغط فيخفضها لانكماش الماء. [1]
درجة الانصهار عبارة عن خاصية فيزيائية لحالة المادة تجعل المادة ماصة للحرارة مما يؤدي لثبات الحرارة طوال فترة الانصهار عند درجة حرارة معينة “أي طوال فترة تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة”، علماً أن درجة الانصهار ليست واحدة في كافة المواد، فدرجة انصهار الماء المتجمد هي الصفر، أما درجة انصهار ملح الطعام هي 800 سيليسيوس. [2]
حالات المادة وتحولاتها
- حالات المادة.
- تحولات المادة.
تتوفر المواد في الطبيعة في عدد حالات ثابت “شكل وهيئة المادة”، إلا أن الأنشطة التي تطبق على المادة أو العوامل التي تؤثر فيها قد تغير من حالاتها، ونبين فيما يلي تلك الحالات بالتفصيل وأبرز العمليات التي تؤدي لتحولها:
حالات المادة: توجد المادة في البيئة وفق ثلاث حالات (الصُّلبة + السّائلة + الغازيّة) لكل منها خصائصها واستخداماتها، وتتألف بنيتها الهيكلية بشكل عام من جزيئات أو ذرات صغيرة، تختزن معدلات من الطاقة التي تفسح لها المجال بالاهتزاز ضمن نطاق معين.
في الحالة الصلبة ترتبط جزيئات المادة الداخلية ببعضها البعض وتتجاذب بقوة مشكلةً هيكل ثابت للجسم، مما يحد حركة تلك الجزيئات إلى درجة شبه معدومة لانعدام المسافة البينية لكنها قابلة للتحرر بعوامل معينة كالحرارة والضغط، وفي الجسم السائل تكون روابط الجزيئات أضعف والمسافة البينية فضفاضة ما يجعل حركتها أكثر مرونة، أما في الغاز فلا تواجد روابط والمسافة بينية بين جزيئاته حرة لذا يمكنها الحركة بحرية كبيرة.
تحولات المادة: قسم علماء الفيزياء تحولات المادة تحت تأثير الحرارة والضغط اللذان يفقدان جزيئات المادة الروابط بينها أو يخفضانها، وهي ست تحولات كما في الآتي:
- الانصهار: تسييل المادة وتحويلها من صلبة إلى سائلة.
- الانجماد: تصليب المادة وتحويلها من سائلة إلى صلبة.
- التبخر: تبخير المادة وتحويلها من سائلة إلى غاز.
- التكاثف: وهي عكس التبخر بتحويل المادة من غاز إلى سائل.
- الترسيب: تصليب المادة بتحويلها من غاز إلى صلب.
- التسامي: تبخير المادة الصلبة وتحويلها إلى غاز. [3]
كيف يؤثر الضغط على درجة الانصهار
يؤثر الضغط على درجة الانصهار بخلق الظروف المناسبة للتغلب على الروابط بين جزيئات المادة وتحقيق التباعد بينها أو بين ذراتها في الشبكة.
تتأثر درجة انصهار أي مادة مهما كانت حالتها بعوامل مختلفة كالتركيب والثقل ومستوى النقاء ومعدل الضغط، وانصهار المادة الصلبة يحتاج لتفكيك روابط العلاقة بين جزيئاته الداخلية، وبحسب مبدأ لو شاتيليه فإن روابط جزيئات الأجسام المتعرضة للانزعاج جراء الضغط وارتفاع الحرارة أو تباين التركيز، تدفع الجسم لضبط نفسه خلال مجابهة التغيير للعودة إلى الاستقرار، مما يبين أثر الضغط في درجة الانصهار والمتوقف على طبيعة المادة وطريقة استجابة جزيئاتها خلال الانصهار.
بانصهار المادة الصلبة ستأخذ أحد منحيين؛ فإما أن تنكمش حيث تغدو أكثر كثافة كما في “البزموت – الجليد – الأنتيمون” وهي حالات استثنائية بسبب طبيعتها، أو تتمدد فتغدو بكثافة أقل كثافةً “وهي الحالة الشائعة”، حيث يمنح الانصهار لجزيئات المادة طاقة تجعلها تتحرك بحرية أكثر مما يسبب التمدد في الحجم، ومع تفاقم الحرارة تتسع المسافات البينية للجزيئات أو بين ذرات المادة على شبكة الروابط وبالتالي يمكن التغلب على تلك الروابط بسهولة. [4]
ما هو تأثير الشوائب على درجة الانصهار
إنّ وجود الشوائب في مادة صلبة يخفض درجة انصهارها مما يوسع نطاق نقطة الانصهار فيها.
عندما تكون المادة نقية “خالية من الشوائب” فكافة جزيئاتها سوف تكون متطابقة، ما يعني أنها بحاجة للمستوى ذاته من الطاقة المستهلكة في تحويلها من الصلب إلى السائل، وبالتالي يكون للمادة النقيّة درجة أو نقطة انصهار حادة فتنصهر حكماً خلال درجة حرارة محددة.
أما إذا كانت المادة غير نقية “فيها شوائب” فتعطل هذه الشوائب العلاقة المنتظمة بين جزيئات المادة مما يؤدي لاضطراب بتلك العلاقة، وبالتالي ضعف في تماسك جزيئات المادة التي ستحتاج لمعدلات أقل من الطاقة خلال تحطيم روابط الجزيئات أو ذرات المادة.
من ناحية أخرى تسبب الشوائب توسيع نطاق درجة الانصهار للمادة، فعندما تنصهر المادة الخالية من الشوائب ستبدأ كافة جزيئاتها بالانصهار وتنتهي منه بنفس التوقيت ونفس درجات الحرارة، على عكس الأجسام الغنية بالشوائب التي تبدأ بالانصهار عند درجة حرارة أقل وتنتهي منه عند درجة حرارة أعلى مما يوسع نطاق الانصهار، ويتم استثمار هذه الخاصية بالتنقية كون المادة النقية تتبلور أولاً وتبقى الشوائب لفترة أطول في المذيبات،. [5]
ما الفائدة من قياس درجة الانصهار
- المستحضرات المخبرية الطبية.
- بعلم المادة.
- بالطب الشرعي.
- وظائف مخبرية عامة.
إنّ الاستخدامات الأساسية الحالية لتقنية تحليل درجة الانصهار تنطوي على أهمية كبيرة كونها تساعد في تحديد المواد النقية ومستوى نقاء العينات المدروسة مخبرياً، تنطلق تقنية تحليل درجة الانصهار من فكرة قياس تغيرات الحرارة للمادة الصلبة طوال فترة الانصهار “نقطة الانصهار” للتعرف على المواد النقية واستخراج الشوائب منها فيما يعرف علمياً بالبلورة، ومن أبرز استخداماتها ما يلي:
المستحضرات المخبرية الطبية: يساعد تعيين درجة الانصهار في تحديد مستوى نقاء المكونات الفعالة في المركبات الصيدلانية (API)، للوقوف على مطابقتها للمواصفات الطبية المرجوة ن المستحضر، وتأكيد فعالية المنتج المعد لوظائف علاجية.
بعلم المادة: فتعيين درجة الانصهار يساعد في التعرف على ماهية بعض المواد وتوصيفها من خلال تعيين خصائصها كتحديد (البوليمرات أو السيراميك)، وذلك من خلال الاطلاع على المعلومات المستخلصة أثناء عملية الانصهار فيما يخص بنية المادة وتأثرها ببعض التطبيقات.
بالطب الشرعي: حيث يساعد تحديد نقطة الانصهار في تعيين المواد المجهولة ودرجة نقائها وخلوها من الشوائب مما تم ضبطه كالمخدرات، حيث تستخدم المعلومات المستخلصة كأدلة دامغة في استصدار الأحكام بالمحاكم.
وظائف مخبرية عامة: لتحليل نقطة الانصهار وظائف داعمة في مجالات مهنية مختلفة وعلى رأسها تأكيد دقة المعلومات والاستنتاجات المخبرية، لكن لإكمال هذه المهمة بنجاح لا بد من استعمال الأدوات الحديثة والدقيقة ضمن المختبر ما يضمن فعالية وكفاءة النتائج. [6]
