تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

ph10 s4 feshar nakhalesi 00 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

فشار بخار:

مولکول های یک مایع دارای انرژی جنبشی هستند و انرژی جنبشی مولکول معینی از یک مایع ضمن برخورد با سایر مولکول ها دائماً تغییر می کند. در یک لحظه معین تعدادی از مولکول ها دارای انرژی نسبتاً زیاد و تعدادی دارای انرژی نسبتاً کمی هستند. مولکول هایی که انرژی جنبشی آن ها زیاد است می توانند بر نیروی جاذبه مولکول های اطراف خود غلبه کرده و از سطح مایع فرار کرده و وارد فاز گازی شوند.

چگونگی جوشیدن مایع:

وقتی فشار بخار یک مایع با فشار جو برابر می شود مایع شروع به جوشیدن می کند. در این دما بخار حاصل در داخل مایع سبب ایجاد حباب و غلیان خاص جوشش می شود.

ph10 s4 feshar nakhalesi 05 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

تشکیل حباب در دمای پایین تر از نقطه جوش غیر ممکن است زیرا فشار جو بر سطح مایع که بیش از فشار داخل آن است، مانع از تشکیل حباب می شود. دمای مایع در حال جوش تا هنگامی که تمام مایع بخار نشده است ثابت می ماند. در یک ظرف بدون در پوش، حداکثر فشار بخاری که هر مایع می تواند داشته باشد برابر با فشار جو می باشد.
فشار بخار هر مایع تنها از روی دما معین می شود بنابر این اگر فشار بخار ثابت باشد دما نیز ثابت است. برای ثابت ماندن دمای یک مایع در حال جوش باید به آن گرما داده شود زیرا در فرآیند جوش مولکول های با انرژی زیاد از مایع خارج می شوند. اگر سرعت افزایش گرما بیش از حداقل لازم برای ثابت نگه داشتن دمای مایع در حال جوش باشد، سرعت جوشش زیاد می شود ولی دمای مایع بالا نمی رود.

نقطه جوش یک مایع با تغییر فشار خارجی تغییر می کند. افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش و کاهش فشار باعث کاهش نقطه جوش می‏شود. به طور مثال در ارتفاعات، آب در دمای پایین‏تری به جوش می آید. نوسانات فشار جو در یک موقعیت جغرافیایی نقطه جوش آب را حداکثر تا ۲ درجه سانتیگراد تغییر می دهد ولی تغییر محل ممکن است باعث تغییرات بیشتر شود.

ph10 s4 feshar nakhalesi 03 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

متوسط فشاری که هواسنج در سطح دریا نشان می دهد، یک اتمسفر ولی در ارتفاعات بالاتر کمتر از این مقدار است. مثلاً در ارتفاع ۵۰۰۰ پایی از سطح دریا متوسط فشاری که فشارسنج نشان می دهد ۰٫۸۳۶ اتمسفر است و نقطه جوش آب در این فشار ۹۵٫۱ درجه سانتیگراد می باشد.

ph10 s4 feshar nakhalesi 06 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

پایین آوردن نقطه جوش یک مایع:
اگر نقطه جوش نرمال مایعی بالا باشد مایع در اثر گرما تجزیه می شود، می توان با کاهش فشار آن در دماهای پایین به جوش آورد. از این روش برای تقطیر مایعات در خلاء استفاده می شود. مثلاً با کاهش فشار تا ۰٫۰۱۲۱ اتمسفر می تران نقطه جوش ۱۰ درجه سانتیگراد که به طور قابل ملاحظه پایین تر از دمای معمولی است رساند. با کاهش فشار می توان آب غیر ضروری بسیاری از فراورده های غذایی را خارج کرده و آن ها را تغلیظ کرد. در این روش دمای فرآورده مورد نظر به دمایی که ممکن است.

اثر ناخالصی در نقطه‌ی جوش :

ph10 s4 feshar nakhalesi 07 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

اثر ناخالصی باعث افزایش نقطه ی جوش می شود زیرا با ناخالصی مایع دیرتر جوش می آید. برای مثال در تابستان ها برای اینکه آب رادیاتور دیرتر جوش بیاید در آب آن کمی ضد جوش می ریزند که این کار موجب می شود آب دیر تر جوش بیاید و به ماشین آسیب نرسد. به عنوان مثال افزایش نمک در آب باعث افزایش نقطه جوش آن می‏ شود و بدین ترتیب می‏ توان نقطه جوش آب را به بالای ۱۰۰ درجه افزایش داد.

اثرناخالصی روی نقطه جوش دو حالت دارد :

۱) اگر ناخالصی غیرفرار باشد (مانند نمک) همواره نقطه جوش را بالا می برد.

۲) اگر ناخالصی فرار باشد (مانند الکل) گاهی باعث افزایش و گاهی باعث کاهش نقطه جوش می شود.

نقطه ذوب:

نقطه ذوب یکی از خواص فیزیکی اجسام به شمار می رود و درجه حرارتی است که در آن درجه جسم جامد به مایع تبدیل می شود یا به عبارت دیگر درجه حرارتی است که در آن درجه فشار بخار جامد با فشار بخار مایع برابر است. در واقع ذوب تغییر از ترتیب خیلی منظم ذرات در شبکه کریستالی به ترتیب خیلی اتفاقی که مشخصه یک مایع است می‌باشد. وقتی که درجه حرارت به حدی می رسد که در آن انرژی حرارتی ذرات به نیروهای درون کریستالی فائق شود جسم شروع به ذوب شدن می کند.

ph10 s4 feshar nakhalesi 02 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

در مورد ترکیبات غیر یونی نقطه ذوب پایین است زیرا نیروهای بین مولکولی در مقایسه با نیروهای بین یونی ضعیف می باشند. در درجه حرارت ذوب حالت جامد و حالت مایع جسم با هم در حال تعادل هستند و برای یک جسم خالص در تمام مدت ذوب درجه حرارت ثابت می باشد. هنگامی که به جسم جامد حرارت داده می شود افزایش حرارت باعث بالا رفتن درجه حرارت آن می شود تا اینکه اولین ذره آن ذوب شود از این لحظه به بعد گرمای داده شده صرف ذوب شدن جسم جامد می شود و تا آخرین ذره جسم جامد باقی است، درجه حرارت بالا نمی رود که این درجه حرارت ذوب می باشد.

اگر حرارت دور شود درجه حرارت پایین نمی آید تا این که تمام مایع به جامد تبدیل شود( منجمد شود).  بنابراین نقطه ذوب و نقطه انجماد یک جسم خالص یکسان است. پس از ذوب کامل اگر حرارت دادن را ادامه دهیم مایع شروع به گرم شدن می کند تا به نقطه جوش برسد و در آن نقطه نیز تا آخرین قطره مایع باقی است درجه حرارت نقطه جوش ثابت می ماند.

تاثیر فشار اتمسفر روی نقطه ذوب:

تاثیر فشار اتمسفر روی نقطه ذوب بسیار جزئی می باشد. زیرا اگرچه افزایش فشار ذرات جامد را به یکدیگر نزدیک می کند و به این ترتیب نیروی بین مولکولی افزایش می یابد و بنابراین دمایی که برای جدا کردن مولکول ها لازم است کمی بیشتر می شود. ولی چون ذرات جامد در هر صورت به هم نزدیک هستند و قابلیت تراکم چندان زیادی ندارند، تغییر فشار خارجی نمی تواند تغییر زیادی در نقطه ذوب جامدات بدهد و به استثنای بعضی از مواد مثل یخ افزایش فشار، نقطه ذوب بیشتر جامدات را کمی افزایش می دهد که البته در مورد یخ افزایش فشار سبب کاهش نقطه ذوب آن می شود.

تاثیر ناخالصی روی نقطه ذوب:

وجود ناخالصی معمولا نقطه ذوب جسم را پایین می آورد و مخلوط دو ماده مختلف دارای نقطه ذوب پایین تری از هر کدام از این دو ماده است. اگر چنانچه دو ماده دارای نقطه  ذوب یکسانی باشند و مخلوط این دو ماده نیز دارای همان نقطه ذوب باشند می توان نتیجه گرفت که این دو ماده یکی هستند. به طور کلی از نزول نقطه ذوب که در اثر ناخالصی در یک ترکیب به وجود می آید، می توان برای شناسایی و پی بردن به وجود ناخالصی استفاده نمود.

نقطه انجماد:

وقتی یک مایع را به اندازه کافی سرد کنیم، به جامد تبدیل می شود. تبدیل شدن مایع به جامد را انجماد می‌گویند. دمایی که در آن ماده ی مایع به جامد تبدیل می شود، نقطه انجماد نامیده می شود.

ph10 s4 feshar nakhalesi 04 تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

بعضی از مواد، مثل یخ، در یک دمای معین از حالت جامد به حالت مایع در می آیند و قبل از ذوب شدن نرم نمی شوند. اگر این گونه مواد را سرد کنیم، در همان دمایی که ذوب شده اند، به حالت جامد در می آیند. موادی مانند یخ، قلع و سرب از این دسته موادند. این مواد دارای نقطه ذوب معین هستند. یعنی دقیقاً می توانیم بگوییم که این مواد در چه دمایی ذوب (یا منجمد) می شوند. در این گروه از مواد نقطه ی ذوب با نقطه ی انجماد برابر است.

گروهی دیگر از مواد در هنگام تبدیل از حالت جامد به مایع کم کم نرم می شوند. مثلاً قیر و شیشه وقتی گرم شوند ابتدا نرم می شوند و از حالت جامد خارج می گردند، سپس در اثر گرم شدن بیشتر، کم کم به طور کامل به حالت مایع در می آیند، این گونه مواد نقطه ی ذوب معینی ندارند و اصطلاحاً گفته می شود که این مواد ذوب خمیری دادند. موادی که دارای نقطه ی ذوب معینی هستند، نقطه ی انجماد می توانند به حالت جامد یا مایع یا به هر دو حالت وجود داشته باشند.

اثر ناخالصی در نقطه انجماد :

ناخالصی سبب کاهش نقطه ی انجماد می شود. در زمستان ها برای آن که آب داخل رادیاتور یخ نزند در آن ماده ایی به نام ضد یخ می ریزند که باعث می شود آب داخل رادیاتور یخ نبندد یا دیرتر یخ ببندد ضدیخ از مایعی شبیه الکل و آب مخلوط می شود.

درباره کبیری

کبیری
مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

این مطلب را هم ببینید

اصل برنولی

اصل برنولی در شاره در حرکت : ابتدا چند مشخصه کلی شارش شاره ها را ...

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *