ما هي درجة التجمد؟
تُعرّف درجة التجمد (بالإنجليزية: Freezing Point) بأنّها درجة الحرارة التي تتحوّل عندها المادة من حالة السيولة إلى حالة التجمّد ، إذ عندما تبقى درجة الحرارة عند هذه النقطة تتغيّر حالة كلّ المادة السائلة لتُصبح صلبة، فعلى سبيل المثال درجة تجمّد الماء النقي عند الضغط الجوي القياسي هي 0° مئويّة.
العلاقة بين درجة التجمد ودرجة الانصهار
تُعرّف درجة الانصهار بأنّها درجة الحرارة التي يكون فيها ضغط بخار الحالة الصلبة وضغط بخار الحالة السائلة في حالة اتزان، وترتبط درجة الانصهار ودرجة التجمّد مع بعضهما البعض، حيث إنّه إذا ارتفعت درجة حرارة المادة عن درجة الانصهار سوف تذوب المادة الصلبة بالتأكيد، أمّا إذا انخفضت درجة حرارة المادة عن درجة الانصهار فإنّه من الممكن أن تتجمّد المادة وعندها تكون درجة الانصهار ودرجة التجمد لهما نفس المعنى، لكن في بعض الأحيان تنخفض درجة الحرارة عن درجة الانصهار لكن المادة لا تتجّمد، وهنا يختلف معنى الدرجتان.
تختلف درجة انصهار المادة عن درجة تجمّدها في كثير من الأحيان، كما في حالة فرط التبريد عند تأثيرها على الماء الخالي من نقاط التبلور، فإنّ درجة حرارته قد تنخفض بشكل كبير إلى -42° مئوية قبل أن يتجمد؛ لذلك تُعتبر درجة انصهار الماء بحالته الصلبة أعلى من درجة تجمّده في بعض الحالات، وفي حالات أخرى تكون مساوية، ولكن من المستحيل أن تكون أقل.
عوامل تغير درجة التجمد
يعتمد تغيّر درجة تجمّد الماء على عوامل فيزيائية وكيميائية، ومن هذه العوامل ما يأتي:
القوى بين الجزيئات
يؤثّر تركيب المادة على نقطة تجمّدها، إذ كلّما زادت القوى بين الجزيئات أصبحت نقطة التجمّد مرتفعةً نسبيّاً وكلّما قلت القوى انخفضت نقطة التجمّد نسبيّاً، فعلى سبيل المثال، تُعد القوى بين جزيئات الماء ضعيفةً لذا يتجمّد الماء عند درجة حرارة 0° مئوية.
إضافة مواد أخرى
تُغيّر إضافة المواد لأيّ مذيب من درجة تجمّده، ويختلف مقدار تأثُّر درجة التجمد باختلاف تركيز المواد المُضافة، وعند إضافة مواد للمذيب تكون نقطة تجمّد المحلول الناتج هي أقل من نقطة تجمّد المذيب النقي، وتجدر الإشارة إلى ضرورة إضافة مواد يُمكنها أن تذوب في المُذيب؛ لأنّ إضافة مواد لا تذوب مثل الزيت إلى الماء سيؤدّي إلى انفصال المذيب والمذاب عن بعضهما البعض وبالتالي لا تنخفض درجة التجمّد.
يُمكن معرفة الانخفاض في درجة التجمد بواسطة معادلة تربط بين ثابت الانخفاض المولي في درجة تجمّد المذيب والتركيز المولي للمذاب في المحلول، ومن الأمثلة على انخفاض نقطة التجمّد إضافة الملح للماء، حيث يُخفّض الملح درجة تجمّد الماء، ولذلك فوائد عملية عدّة أهمّها؛ منع حدوث الانجماد على الطرقات في بعض الدول الباردة برشّ الملح على الطرقات، وتدخل هذه العملية أيضاً في صناعة المُثلجات.
تغيّر الضغط
يؤثّر التغير في الضغط على القوى التي تربط بين جزيئات المادة، وتنخفض درجة تجمّد المواد غالباً بانخفاض قيمة الضغط الجوي حيث تنخفض درجة التجمد عادةً عندما يكون الضغط الجوي أقل من 1 ضغط جوي، لكن ذلك لا ينطبق على درجة تجمّد الماء والذي تقل درجة تجمّده بزيادة الضغط، وفي حالة تقليل الضغط فإنّ بخار الماء يتحوّل مباشرةً إلى جليد دون أن يمرّ بالحالة السائلة.
