بحث عن درجة الانصهار ودرجة الغليان

درجة الحرارة

يعبّر مفهوم درجة الحرارة عن مقياس حرارة أو برودة الجسم ويمكن التعبير عنها بمقايس متعددة، بالإضافة لإمكانيّة تحديد اتجاه حركة انبعاث الطّاقة الحراريّة من الجسم، فعلى سبيل المثال انتقال الحرارة من الجسم الأكثر سخونةً؛ أي الجسم الذي يمتلك درجة حرارة أعلى إلى الجسم الأبرد؛ أي الجسم الذي يمتلك درجة حرارة أقل، ولا تتساوى درجة الحرارة مع الطاقة الديناميكيّة الحراريّة للنظام؛ فعلى سبيل المثال أنّ عود الثقاب المشتعل يحمل درجة حرارة أكبر من جبل الثلج على الرغم من أنّ الطاقة الحراريّة الكليّة التي يحتوي عليها جبل الثلج أكبر بكثير من التي يحتوي عليها عود الثقاب، وتتّصف درجة الحرارة بأنّها خاصيّة شموليّة كالكثافة، والضغط، وتتميّز هذه الخاصيّة بأنّها مستقلة عن كميّة المادّة التي تعتبر من الخصائص المميزة للمادّة كالكتلة والحجم.

درجة الانصهار

يعبّر مفهوم درجة انصهار المادّة عن درجة الحرارة التي تتغيّر عندها حالة المادّة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وتعتبر درجة الانصهار خاصيّة مميّزة للمادّة ويمكن استخدامها للتعريف عنها؛ وذلك لأنّ المواد البلوريّة الصلبة النقيّة تنصهر عند درجاتٍ حرارةٍ مختلفةٍ تحت ظروف الضغط الجويّ المعياريّة.

ترتفع درجة الحرارة بشكلٍ ثابتٍ عند تعريض مادّةٍ صلبةٍ معيّنةٍ للحرارة بشكلٍ منتطمٍ وبكميةٍ كافيّة حتّى تصل إلى نقطة حدوث التميّع، وبعد الوصول إلى هذه النقطة يتوقّف ارتفاع درجة حرارة المادّة، ولا يحدث أي تغيير في درجة الحرارة حتّى تتحوّل المادّة إلى الحالة السائلة؛ وذلك لأنّ الحرارة المطبّقة على هذه المادّة تُستهلك في تغيير الحالة من الصلبة إلى السائلة، ولا يتوفّر أي منها لرفع درجة الحرارة في المناطق التي حدث فيها التمييع حتّى تتحوّل جميع أجزاء الماّدة إلى سائل، أمّا في حالة تطبيق الحرارة على المادّة بعد انتهاء التمييع سترتفع حرارة المادّة مجدداً.

الحرارة الكامنة للانصهار

تُعرف كميّة الحرارة المطلوبة لتحويل غرام واحد من المادّة من الحالة الصلبة إلى السائلة باسم الحرارة الكامنة للانصهار، وتختلف قيمة هذه الحرارة من مادةً إلى أخرى، فعلى سبيل المثال يحتاج الثلج إلى 80 سعرة حرارية تقريباً لتحويل غراماً واحداً منه إلى الماء ووصولها إلى نقطة الانصهار، حيث يُستخدم الثلج في الثلاجات نظراً لارتفاع الدرجة الكامنة للانصهار الخاصّة به، أمّا عمليّة التجمّد فهي العمليّة العكسية للانصهار حيث تتغيّر حالة المادّة من السائلة إلى الصلبة؛ وتنبعث الحرارة من المادّة خلال حدوث التحوّل، وتساوي كميّة الحرارة المنبعثة من المادّة أثناء التجمّد بالكمية التي تمتصها المادّة للوصول إلى نقطة الانصهار.

درجة الغليان

يعبّر مفهوم درجة غليان المادّة عن درجة الحرارة التي تتساوى عندها قيمة الضغط المؤثّرة في السائل من المحيط مع قيمة الضغط الناتجة من بخار السائل، فعند هذه الحالة بالإضافة للحرارة الناتجة يتحوّل السائل إلى بخار دون الحاجة لرفع درجة حرارته.

يتبخّر السائل بشكلٍ جزئيٍ على الفراغ الواقع فوقه عند أي درجة حرارة، حتّى تصل قيمة الضغط المؤثّرة من البخار إلى قيمةٍ معينةٍ تُسمّى ضغط تبخّر السائل، وتزداد قيمة ضغط البخار عند ازدياد درجة الحرارة، وتتكوّن فقاعات البخار في السائل وترتفع إلى السطح عند وصول السائل إلى درجة الغليان.

تختلف نقطة الغليان في السوائل نسبةً لاختلاف قيمة الضغط المطبّقة عليه، أمّا درجة غليان السائل الطبيعيّة تكون عند درجة الحرارة التي يتساوى فيها ضغط البخار مع الضغط الجويّ المعياريّ عند سطح البحر، والذي يقع على ارتفاع 760مم من عمود الزئبق المُستخدم لقياس قيمة الضغط الجويّ، فيغلي الماء عند مستوى سطح البحر على درجة حرارة 100 درجة مئويّة، أو 212 فهرنهايت، وتنخفض قيمة الدرجة الحرارة التي يحتاجها السائل للوصول إلى درجة الغليان كلّما زاد الارتفاع.

ارتفاع نقطة الغليان

يعتبر ارتفاع نقطة الغليان خاصيّة تجميعيّة للمادّة كانخفاض نقطة التجمّد، تحدث هذه ظاهرة عندما تصبح درجة غليان المحلول أعلى من درجة غليان المذيب النقيّ، وترتفع درجة حرارة غليان المذيب نتيجةً لإضافة مادّة مذابة غير متطايرة، ويمكن ملاحظة ارتفاع درجة غليان السائل عند إضافة الملح إلى الماء، فإنّ إضافة الملح يرفع من درجة غليان الماء.

يعتمد ارتفاع نقطة الغليان على عدد الجزيئات الموجودة في المذيب وليس على نوع الجزيئات وكتلتها، لذلك فإنّ زيادة تركيز الجزيئات في المذيب يرفع درجة حرارة غليانه.

كيفية ارتفاع نقطة الغليان

ترتفع درجة غليان المادّة بسبب بقاء غالبية جزيئات المذاب في الحالة السائلة بدلاً من التحوّل إلى الحالة الغازيّة، حيث يجب أن ترتفع قيمة ضغط البخار عن قيمة الضغط الطبيعيّة لكي يغلي السائل، ويعتبر هذا أمراً صعباً بسبب إضافة مكوّنات غير متطايرة، ولا تشكّل إضافة مركباً كهرلياً أو غير كهرلياً فرقاً؛ حيث إنّ ارتفاع نقطة غليان الماء يحدث في حالة إضافة الملح وهو محلول كهرلي، أو السكّر وهو محلولاً غير كهرلياً.

معادلة ارتفاع درجة الغليان

يمكن حساب كميّة ارتفاع درجة الغليان عن طريق استخدام العلاقة في معادلة سلسيوس-كلابيرون وقانون راؤول، حيث يمكن التعبير عن معادلة الخليط السائل المثالي كالآتي: درجة الغليان الكليّة= درجة غليان المذيب ΔTb؛ حيث يساوي ΔTb المولاليّة *Kb* i؛ حيث يعبّر KB عن ثابت "ebullioscopic" وهو 0.52 درجة مئويّة كيلوغرام/ لكلّ مول للماء، أمّا i فيعبّر عن عامل فانت هوف. كما يمكن كتابة المعادلة أيضاً على الشكل التالي: ΔT = Kbm.