بحث درجة الانصهار ودرجة الغليان

درجة الانصهار هي مفهوم يعبر عن درجة الحرارة التي تحدث فيها تغير حالة المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. أما درجة الغليان فهي مفهوم يعبر عن درجة الحرارة التي تحدث فيها تساوي قيمة الضغط المؤثر في السائل مع قيمة الضغط المنبعث من بخار السائل، وفي هذه الحالة يتحول السائل إلى الحالة الغازية حيث يصبح بخار الماء.

درجة الحرارة

الحرارة هي مفهوم يعبر عن مقياس درجة حرارة أو برودة الجسم، ويمكن التعبير عنها بعدة مقاييس. ويمكن تحديد اتجاه حركة إنبعاث الطاقة الحرارية من الأجسام، حيث تنتقل الحرارة من الأجسام الأكثر سخونة إلى الأجسام الأبرد أو الأقل سخونة. ويتميز مفهوم درجة الحرارة بالشمولية، مثل الضغط والكثافة، حيث أنها مستقلة عن كمية المادة وتعتبر من الخصائص المميزة للمادة، مثل الحجم والكتلة.

درجة الإنصهار

مصطلح درجة الإنصهار يشير إلى درجة الحرارة التي يتغير فيها حالة المادة من الصلبة إلى السائلة. وتعتبر درجة الإنصهار خاصية مميزة للمادة، ويمكن استخدامها في تحديد هوية المادة. على سبيل المثال، تنصهر المواد البلورية الصلبة النقية عند درجات حرارة مختلفة تحت ظروف الضغط الجوي المعيارية، وتزداد درجة الحرارة بشكل ثابت عند تعريض المادة الصلبة للحرارة بشكل متواصل وبكمية كافية حتى تصل إلى نقطة التميع. وعندما تتحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، يتوقف ارتفاع درجة حرارتها ولا يحدث أي تغيير في درجتها الحرارية، ويتم استهلاك الحرارة المطبقة على المادة في تحويل حالتها من الصلبة إلى السائلة.

لا يتوفر أي حرارة لرفع درجة الحرارة في المناطق التي يحدث فيها التميع، ويجدر بالذكر أنه إذا تم تطبيق الحرارة على المادة بعد انتهاء التميع، فإن درجة الحرارة سترتفع مرة أخرى.

الحرارة الكامنة للإنصهار

الحرارة الكامنة للانصهار هي الكمية اللازمة من الحرارة لتحويل جرام واحد من المادة من حالتها الصلبة إلى الحالة السائلة، وتختلف قيمة هذه الحرارة من مادة إلى أخرى، فالثلج، على سبيل المثال، يحتاج إلى حوالي 80 سعرة حرارية لتحويل جرام واحد منه إلى ماء والوصول إلى نقطة الانصهار.

يستخدم الثلج في الثلاجات بسبب درجة حرارة انصهاره العالية، وعملية التجميد هي العكس التام للإنصهار، حيث تتحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وتفرز الحرارة عند حدوث هذا التحول، ويتساوى كمية الحرارة المنبعثة من المادة أثناء التجميد مع الكمية التي تمتصها المادة للوصول إلى نقطة الانصهار.

درجة الغليان

درجة الغليان هو مصطلح يعبر عن درجة الحرارة التي عندها تتحول المادة من الحالة السائلة للحالة الغازية حيث تتحول إلى بخار ماء وبشكل علمي يمكن تعريف درجة الغليان على أنها درجة الحرارة التي عندها تتساوى قيمة الضغط المؤثر في السائل من المحيط مع قيمة الضغط الناتجة من بخار السائل.

عند الغليان، يتبخر السائل جزئيا في الفراغ الذي يوجد فوقه بأي درجة حرارة، حتى يصل الضغط الناتج عن البخار إلى قيمة معينة تعرف بضغط تبخر السائل، وتزداد قيمة ضغط البخار مع زيادة درجة الحرارة، وتتشكل فقاعات البخار في السائل ثم ترتفع إلى السطح عند وصول السائل إلى درجة الغليان.

تختلف درجة غليان السوائل باختلاف الضغط المطبق عليها، وغالبا ما تكون درجة غليان الماء عند الضغط الجوي المعياري لسطح البحر البالغ 760 مم من عمود الزئبق المستخدم لقياس الضغط الجوي، وعند درجة حرارة تساوي قيمة ضغط البخار للسائل.

كيفية إرتفاع نقطة الغليان

– ترتفع درجة غليان المادة بسبب بقاء جزيئات المذيب في الحالة السائلة بدلا من التحول إلى الحالة الغازية، وبالتالي يجب أن تكون قيمة ضغط البخار أعلى من الضغط الطبيعي للمادة لكي يتم غلي المذيب، ومع ذلك، يصعب ذلك بسبب إضافة مكونات غير قابلة للتطاير. يجدر بالذكر أن إضافة مركبات كهرلية أو غير كهرلية لا تجعل فرقا في ارتفاع نقطة غليان الماء، ويحدث ذلك عند إضافة ملح إلى محلول كهرلي أو سكر إلى محلول غير كهرلي.

معادلة إرتفاع درجة الغليان

لحساب كمية إرتفاع درجة الغليان يمكن إستخدام العلاقة في معادلة سلسيوس كلابيرون وقانون راؤول حيث أنه يمكن التعبير عن معادلة الخليط السائل المثالي كالتالي : درجة الغليان الكالية تساوي درجة غليان المذيب بالإضافة إلى ΔTb حيث أن ΔTb تساوي المولالية Kb*i* و KB هو ثابت ebullioscopic وهو 0.52 درجة مئوية كيلوغرام / لكل مول للماء أما i فتعبر عن عامل فانت هوف و من الممكن كتابة المعادلة على الصيغة التالية : ΔT = Kbm.