فسر الاختلاف بين عمليتي الانصهار والتجمد هو سؤال علمي يتم طرحه على طلبة الصف الثاني الثانوي في المملكة العربية السعودية، لكي تنشط عقولهم فمن المهم جدًا معرفة الفرق بين تلك العمليتين من حيث المفهوم ومن حيث الخصائص.
تُعد عمليتي الانصهار والتجمد من أشكال حالات المادة الثلاث، وتحدث تلك العمليتين بشكل متزامن يوميًا بمختلف الأشكال والأنواع فنجدها في عمليات تشكيل المعادن، وعمليات حفظ الأغذية بالإضافة إلى عملية الطبخ المنزلية، ومن خلال موقع زيادة سنجيب على إشكالية فسر الاختلاف بين عمليتي الانصهار والتجمد من حيث المفهوم، والعوامل المؤثرة عليهم وأشكال حالات المادة الأربعة وفرضية بوز أينشتاين.
فسر الاختلاف بين عمليتي الانصهار والتجمد
يوجد اختلافات عديدة بين عمليتي الانصهار والتجمد ولكنهما يتفقان في بعض النقاط وهي:
- تعتمد عمليتي الانصهار والتجمد على العوامل الخارجية بشكل كبير.
- تتشابه العمليتين في كونهما قابلتين للرجوع للحالة الأولية للمادة.
- الانصهار والتجمد يتشابهان في كونهما عمليات تغير فيزيائي فلا يتم إنتاج مادة جديدة أثناء حدوثهما.
- يتشابهان في أنهما عمليتان تنتقل فيهما المادة من مرحلة إلى أخرى.
أما عن الاختلافات الموجودة بين عمليتين الانصهار والتجمد فهي:
|
الانصهار |
التجمد |
| هو عملية التغير التدريجي لحالة المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، ويتم ذلك عن طريق امتصاص الحرارة. | هو عملية التغيير التدريجي لحالة المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، ويتم ذلك عن طريق طرد الحرارة من المادة. |
| يُطلق مصطلح نقطة انصهار المادة على درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. | يًطلق مصطلح نقطة تجمد المادة على درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة عن طريق طرد الحرارة. |
| تحتاج عملية الانصهار إلى الحرارة من مصدر خارجي حتى تستطيع الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة | تحتاج عملية التجمد إلى التخلص من الحرارة لتتغير حالة المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة. |
| في عملية الانصهار عادةً يزيد حجم المادة. | في عملية التجمد عادةً ما ينكمش حجم المادة. |
| في عملية الانصهار تزداد الحرارة المُخزنة داخل المادة. | في عملية التجمد تقل الحرارة المُخزنة داخل المادة. |
| من أمثلة عملية الانصهار:
انصهار الحديد الخام. تحول الثلج إلى ماء. تحول الشمع الصلب إلى الشمع السائل. |
من أمثلة عملية التجمد:
تحول الماء إلى جليد. تحول الشمع السائل إلى شمع صلب. |
اقرأ أيضًا: ماذا يحدث لمعظم المواد عندما يتم تسخينها وما هي حالات المادة؟
عملية الانصهار
يتم تعريف الانصهار على أنه عملية تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة عن طريق امتصاص المادة للحرارة، ويتم قياسها بوحدة الجول لكل كيلو جرام، وتتأثر عملية الانصهار بعدد من العوامل وهي:
- الضغط الجوي: فكلما ارتفعت درجة حرارة الضغط الجوي تزيد نقطة الانصهار، فبالتالي نستنتج أن عملية الانصهار تحتاج إلى درجات حرارة عالية.
- نسبة نقاء المادة: عندما تكون المادة متكونة من عنصر واحد فقط تكون عملية الانصهار سهلة ومتجانسة، على عكس تكون المادة من أكثر من عنصر ولكل عنصر درجة انصهار معينة، فيؤدي ذلك إلى عدم التجانس وصعوبة تنفيذ عملية الانصهار، وساعد ذلك الأمر العلماء كثيرًا في تحديد المواد النقية من خلال عملية الانصهار.
عملية التجمد
يتحدد تعريف التجمد في أنه عملية تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة عن طريق طرد الحرارة، وتهدف تلك العملية إلى إحداث تقارب بين جزيئات المادة في حالتها السائلة لتعود إلى حالتها الصلبة مرة أخرى، وتتأثر عملية التجمد بنسبة نقاء المادة فإذا كانت المادة تتكون من عنصر واحد فإن عملية التجمد تُصبح أسرع، أما إذا كانت تتكون من عناصر كثيرة فتحدث عملية التجمد عند درجات حرارة مختلفة وتأخذ وقت طويل بعض الشيء.
اقرأ أيضًا: أول عنصر في الجدول الدوري ومميزاته وخواصه وتصنيفات العناصر وأسماء المجموعات
ماهي حالات المادة
تُعبر حالة المادة عن الحالة التي توجد عليها جزيئات المادة حيث تتغير حالة المادة إما فيزيائيًا أو كيميائيًا، وتتكون حالات المادة من ثلاث حالات أساسية وحالة رابعة لا تتواجد بشكل كبير في الحياة اليومية، وتتباين الحالات نتيجة لتباين الارتفاع والانخفاض لدرجة الحرارة، وتلك الحالات هي:
الحالة الصلبة
أهم خصائص الحالة الصلبة هي:
- في الحالة الصلبة يكون شكل المادة ثابت لا يتغير.
- تكون المادة في الحالة الصلبة كثافتها عالية.
- جزيئات المادة الصلبة مُستقرة لا تنتقل من محيط إلى أخر.
- المسافة بين جزيئات المادة الصلبة تكاد تكون مُنعدمة ولا يتخللها فراغات.
- لا يتأثر شكل أو حالة المادة الصلبة عند تعرضها لضغط خارجي من مادة صلبة أخرى.
- تُصدر جزيئات المادة الصلبة حركات اهتزازية ضئيلة.
- جزيئات المادة الصلبة لا تتحرك باستمرار.
الحالة السائلة
أهم خصائص الحالة السائلة:
- يتغير شكل المادة في حالتها السائلة بُناءً على شكل الإناء التي توجد فيه.
- كثافة المادة في حالتها السائلة عالية نسبيًا.
- جزيئات المادة في حالتها السائلة غير مستقرة.
- يوجد بين جزيئات المادة السائلة فراغات.
- لا تتسم جزيئات المادة السائلة بالترتيب المنتظم.
- مقدار التماسك بين جزيئات المادة السائلة ضعيف جدًا.
- طفو المادة السائلة إلى الأعلى يتوقف على تساوي وزنها مع وزن السائل الذي تطفو عليه.
الحالة الغازية
خصائص الحالة الغازية:
- المادة في الحالة الغازية ليس لها شكل معين.
- جزيئات المادة في الحالة الغازية سريعة الانتشار، فيمكنها أن تملأ أي مكان مهما اختلف حجمه أو شكله.
- تتحرك جزيئات المادة في الحالة الغازية بسرعة كبيرة في العديد من الاتجاهات.
- يوجد مسافات كبيرة بين جزيئات المادة الغازية ويتخللها فراغات.
- كثافة المادة في الحالة الغازية منخفضة.
- يُمكن ضغط المادة في الحالة الغازية.
الحالة البلازمية
خصائص الحالة البلازمية:
- تلك الحالة من المادة تكون عبارة عن غاز متأين.
- تتواجد الحالة البلازمية في الطبيعة.
- لا تستطيع جزيئات الحالة البلازمية أن تكون في حالة ثبات واستقرار لفترة زمنية محددة.
- تظهر المادة في حالتها البلازمية على هيئة جسيمات مشحونة.
- الغازات التي تتواجد في الحالة البلازمية هي (غاز الزينون-الهيليوم-النيون-الرادون).
- في الحالة البلازمية يوجد إلكترونات حرة غير مرتبطة بذرة مُعينة أو جزيء معين.
- تمتلك المادة في حالة البلازما طاقة حركية عالية.
اقرأ أيضًا: حالات المادة وخصائص كل حالة والحالات الحديثة والممكنة وعند الطاقة العالية للمادة
تكاثف بوز أينشتاين
تكاثف بوز اينشتاين من الحالات المختلفة لأشكال المادة، ففي تلك الحالة يتم تبريد بعض الذرات لتصل درجة الحرارة للصفر المُطلق، وعند تحقيق ذلك تفقد الذرات طاقتها وبالتالي لا تستطيع أن تتحرك تلك الذرات فتبدأ بالتكاثف مع بعضها البعض فتتطابق شكلًا وموضوعًا بطريقة تُصعب التمييز بينهم، فتبدأ تلك الذرات بالتعامل على أنها ذرة واحدة.
قام العالم بوز بطرح تلك الفكرة نظريًا على ألبرت أينشتاين، وبعد عدة أبحاث وتجارب لاحظ أينشتاين إمكانية تطبيق تلك التجربة من تكاثف الذرات على الضوء؛ وذلك بسبب أن الذرات عند وصولها بالتبريد إلى درجة حرارة الصفر المُطلق تقل طاقتها حتى تفقد خواصها وتتشابه مع بعضها فلا يمكن تميزها عن غيرها من الذرات.
اقرأ أيضًا: ما هي احدى حالات المادة وما هي عمليات تحويل المادة
لقد قمنا بذكر إجابة إشكالية فسر الاختلاف بين عمليتي الانصهار والتجمد من حيث المفهوم، والعوامل المؤثرة عليهم وأشكال حالات المادة الأربعة وفرضية بوز أينشتاين.