الانصهار وحرارة الانصهار

تنصهر بلورات الثلج عند درجة 0^oC تحت الضغط الجوي القياسي. وقبل الانصهار تكون جزيئات الماء فيا الثلج مرتبة في نسق بلوري ذي ترتيب محكم؟، حيث تحفظ الجزيئات في موضعها بواسطة قوة التجاذب القوية المتبادلة بين الجزيئات . ولصهر البلورة يجب أن تنتزع الجزيئات من هذا الترتيب المحكم بحيث لا يصبح ترتيبها منتظماً. هذه العملية تحتاج إلى طاقة، وعادة تزود المادة بهذه الطاقة على هيئة حرارة.

يتضح من ذلك إذن أنه عند تسخين مادة بلورية فإنها تبدأ في الانصهار عند درجة حرارة معينة. وإذا ما أضيفت  الحرارة ببطئ شديد إلى الخيط المكون من المادة البلورية والسائل سوف تظل درجة الحرارة ثابتة إلى أن يتم انصهار جميع البلورات. ولكل مادة نقطة انصهار معينة، ولكي تنصهر المادة البلورية يجب تزويدها بكمية معين من الحرارة ــ تسمى حرارة الانصهار ــ عند هذه الدرجة.

كمية الحراة اللازمة لتعير طور وحدة الكتلة من الطور الصلب إلى الطور السائل تسمى حرارة انصهار المادة ( H_f).

(1)                = mH_f Q

وعندما تتحول وحدة الكتلة من المادة من الطور الصلب إلى الطور السائل سوف تتحرر نفس هذه الكمية من الطاقة من المادة.

وكما في حالة التبخير فإن الحرارة المضافة إلى المادة أو المفقودة منها أثناء تحولها من الصلابة  إلى السيولة أو من السيولة إلى الصلابة لا تغير درجة حرارة المادة إلى أن يتغير طور العينة بأكملها.

وحرارة انصهار الماء تساوي 335 KJ/kg (80 cal/g). لاحظ أن حرارة انصهار وحرارة تبخير المواد ذات الرابطة الهيدروجينية، كالماء، والإيثانول (الكحول الأيثيلي) أكبر من الأخرى. لماذا؟

يمكن تغيير نقطة تجمد السائل بتطبيق ضغط كبير على النظام. فإذا كانت المادة تنكمش عند تجمدها فإن نقطة الانصهار سوف ترتفع بزيادة الضغط، وهذا هو سلوك معظم المواد بالفعل .لوكن قليلاً من المواد، كالماء مثلاً، يتمدد عند التجمد، وفي هذه الحالة سوف تؤدي زيادة الضغط إلى انخفاض نقطة تجمد مثل هذه المواد. لذلك فإن ضغط المتزلج على الثلج على نصل حذائه قد يسبب انصهار الثلج تحته. وفي هذه الحالة يكون المتزلج متزلجاً في الحقيقة على الثلج المشحم بغشاء رقيق من الماء. ويمكن ملاحظة هذا السلوك بالاستعانة بما يسمى منحني انصهار المادة، وهو المنحني الذي

يبين كيف تعتمد الانصهار على اضغط؛ ويمثل الشكل 1)) أمثلة لهذه المنحنيات بالنسبة للماء وثاني أكسيد الكربون. وحيث أن درجة الانصهار تعتمد اعتماداً طفيفاً على الضغط، فإن هذه المنحنيات تكون رأسية تقريباً. ومن الجدير بالملاحظة هن أن ميل منحني الانصهار لمعظم المواد، كثاني أسيد الكربون مثلاً، يكون موجباً. وعلى العكس من ذلك فإن منحني انصهار الماء يكون ذا ميل صغير سالب.

الشكل 1)): رسم بيان الطول لكل من (أ) الماء، (ب) ثاني أكسيد الكربون. لاحظ موضع النقطة الثلاثية بالرسم.

هذا ويبين أن زيادة الضغط تسبب انخفاض درجة الانصهار، مما يعكس حقيقة أن الماء يتمدد عنه تحمده.

ويوضح رسم بيان الطور الكامل أيضاً أنه إذا قل الضغط عن قيمة معينة، فإن المادة يمكن أن تتحول من الطور الصلب إلى الغازي مباشرة دون المرور على الطور السائل إطلاقاً، وهذه العملية تسمى التسامي، هذا ويتضمن الشكل 1)) أيضاً منحني التسامي لكل من الماء وثاني أكسيد الكربون. لاحظ الفرق الكبير في قيم الضغط على المحورين الرأسيين للمنحنيين.

يوضح الشكل 1)) كذلك أن لكل مادة نقطة واحدة تتقاطع عندها المنحنيات الثلاثة الفاصلة بين الاطوار المختلفة للمدة. هذه النقطة التي تمثل زوجاً فريداً من الضغط ودرجة الحرارة، والذي يختلف من مادة إلى أخرى، تسمى النقطة الثلاثية لذلك المادة.

ويمكننا ان نجد من الشكل ان النقطة الثلاثية للماء توجد عند درجة الحرارة 0.01^o C والضغط (0.006 atm) 4.58 torr ؛ أما في حالة ثاني أكسيد الكربون فإن إحداثيي النقطة الثلاثية هما -56.6^o C و 5.11 atm.