تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد

تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد چگونه است؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید با برخی مفاهیم آشنا شویم.

مولکول های یک مایع (یا جامد) داخل ظرف بسته، دارای انرژی جنبشی هستند و انرژی جنبشی مولکول معینی از یک مایع ضمن برخورد با سایر مولکول ها و دیواره ظرف 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 (بخار) شوند. همچنین برخی از مولکول هایی که از سطح فرار کرده اند مجددا بر می گردند. در نتیجه برخی مولکول های مایع، مدام تبخیر شده و در فاز بخار جمع می‌شوند. همزمان، برخی از مولکول‌های بخار به سطح مایع بازگشته و متراکم می‌شوند.

نقطه ذوب

نقطه ذوب یکی از خواص فیزیکی اجسام به شمار می رود و دمایی است که در آن جسم جامد به مایع تبدیل می شود یا به عبارت دیگر دمایی است که در آن فشار بخار جامد با فشار بخار مایع برابر است. در واقع ذوب تغییر از حالت خیلی منظم ذرات در شبکه بلوری به حالت تصادفی که مشخصه یک مایع است می‌باشد. وقتی که دما به حدی می رسد که در آن انرژی جنبشی ذرات به نیروهای شبکه بلوری غلبه کند، جسم شروع به ذوب شدن می کند.

در مورد ترکیبات غیر یونی نقطه ذوب پایین است زیرا نیروهای بین مولکولی در مقایسه با نیروهای بین یونی ضعیف می باشند. در نقطه ذوب حالت جامد و حالت مایع جسم با هم در حال تعادل هستند و برای یک جسم خالص در تمام مدت ذوب، دما ثابت می باشد. هنگامی که به جسم جامد گرما داده می شود افزایش حرارت باعث بالا رفتن دمای 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 ادامه می یابد، دما بالا نمی رود و به این دمای ثابت، نقطه ذوب می گوییم.

اگر حرارت دور شود، دما پایین نمی آید بلکه 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 ادامه می یابد و دمای نقطه جوش ثابت می ماند.

تاثیر فشار روی نقطه ذوب

تاثیر فشار 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.

 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 بسیار کم نقطه ذوب آن می شود. چرا؟

در بیشتر اجسام، حجم حالت مایع بیشتر از حجم حالت جامد آن است. یعنی فاصله بین مولکول های در فاز جامد کمتر است در نتیجه برای جداکردن آن ها از یکدیگر دمای بالاتری نیاز داریم. اما آب وقتی یخ می زند، حجم بیشتری را اشغال می کند. یعنی حالت جامد آب، چگالی کمتری نسبت به آب دارد. برای آب فاصله بین مولکول ها در حالت مایع کمتر از حالت جامد است. در نتیجه افزایش فشار، نقطه ذوب یخ (یا نقطه انجماد آب) را کاهش می دهد.

تاثیر ناخالصی روی نقطه ذوب

وجود ناخالصی معمولا نقطه ذوب جسم را پایین می آورد چون فاصله بین مولکول های اولیه افزایش می یابد. 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 کاهش 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.

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.

تاثیر ناخالصی روی 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. یا برای ذوب سریعتر برف های روی جاده از مخلوط نمک و ماسه استفاده می کنند. با افزودن این ناخالصی، نقطه انجماد (ذوب) پایین می آید و از آنجایی که دمای منطقه بالاتر از آن خواهد بود، برف ها شروع به ذوب شدن می کنند. چون دمای محیط بالاتر از نقطه ذوب یخ است.

نقطه جوش

وقتی فشار بخار یک مایع با فشار هوا 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.

---

ویدیو آموزشی

در این ویدیو به زبان ساده و با مثال‌های کاربردی روزمره بررسی کرده‌ایم که تاثیر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش، ذوب و انجماد مواد چگونه است؟
اگر می‌خواهید بدانید چرا ضد یخ از جوش آوردن ماشین در تابستان جلوگیری می‌کند، چرا در کوهستان آب زودتر جوش می‌آید یا چرا پاشیدن نمک باعث ذوب شدن سریع‌تر برف جاده‌ها می‌شود، این ویدیو برای شماست!

مشاهده در یوتیوب| مشاهده در آپارات

---

دانلود پاسخ سوالات به همراه نسخه PDF جزوه آموزشی

---