الاختلاف بين عمليتي الانصهار والتجمد مع التفسير
الاختلاف بين عمليتي الانصهار والتجمد مع التفسير، إن للمادة أربع حالات تختلف كل حالة عن الأخرى، فمنها الحالة الصلبة والسائلة والغازية والبلازما.
ونستعرض اليوم حالتين من أهم حالات المادة وهما الانصهار والتجميد وهما حالتين مضادتان لبعضهما البعض، حيث إنه يوجد اختلاف كبير بينهم في الخواص الكيميائية والفيزيائية سنبينه فيما يلي.
محتويات المقال
عملية الانصهار وتفسيرها
تعتبر عملية الانصهار من العمليات الفيزيائية المنتشرة في عالمنا، ونراها بأعيننا باستمرار، وهي التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة للمادة، وتكون عن طريق تعرض المادة إلى درجة حرارة معينة لتحول حالتها من الصلبة إلى الحالة السائلة.
فمع زيادة درجة الحرارة تتحول المادة من الحالة الصلبة إلى السائلة تدريجيًا وهي ما يسمى بنقطة الانصهار، حيث يتغير شكلها الفيزيائي وخواصها الكيميائية، وتنفصل الشوائب عن المواد النقية للمادة، وبزيادة درجة الحرارة بعد الانصهار يحول المادة إلى حالة من تفكيك الجزيئات.
فمثلًا عندما تضع قطعة من الرصاص في إناء وتقوم بتسخين النار عليها فإن الرصاص ينصهر ويتحول للصورة السائلة، ويوجد فرق كبير بين الانصهار والذوبان.
شاهد أيضًا: كم درجة انصهار الجليد؟
بماذا تتأثر درجة الانصهار؟
يوجد العديد من المؤثرات في عملية الانصهار، وهي التي تحدد درجة الحرارة اللازمة للانصهار، ونذكر منها الآتي:
- فمنها الحجم الجزئي للمادة نفسها يؤثر على الانصهار حيث إنه كلما قل الحجم الجزئي للمادة لكما قلت درجة الحرارة التي تحتاجها المادة للانصهار، والعكس صحيح حيث إنه كلما زاد حجم الجزئيات في المادة احتاج درجة حرارة أكبر للانصهار وذلك لتفكك الجزيئات الكبيرة.
- بالنسبة للمركبات الأيونية فإنها تحتاج درجات انصهار عالية حيث أن الترابط بين المركبات يكون قوي، ويحتاج درجات الحرارة العالية لتفككها.
- وبالنسبة للمركبات العضوية فإن الروابط الهيدروجينية تؤدي إلى زيادة درجة الانصهار.
- والمواد التي تحتوي على روابط قطبية فإنها تحتاج درجة حرارة أكبر للانصهار من المركبات غير القطبية.
عملية التجمد وتفسيرها
يعتبر التجمد هو مرحلة فيزيائية حيث تتحول فيها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وذلك يكون بانخفاض درجة الحرارة إلى الوصول لنقطة التجمد.
والتعريف المتدارك عليمًا هو مرحلة تصلب السائل، أو تغير محتوى السائل للمادة، حيث أن كلما قلت نسبة السوائل في المادة فيعني إنها وصلت لمرحلة التجمد أو الحالة الصلبة.
واغلب السوائل تتجمد بواسطة عملية تسمى التبلور، فيحدث في عملية التبلور أن مع تقليل درجة الحرارة فإن بلورات المادة تتجمد وتتحول إلى الصورة الصلبة، وتتحول إلى الحالة الصلبة للجسم ككل.
مثل تقليل درجة حرارة سائل النحاس فإنه يتجمد ويتحول لكتلة صلبة، ووضع كمية من الماء في كوب فتقليل درجة الحرارة لمرحلة التجمد فيصبح قطعة من الثلج.
ما هي نقطة التجمد؟
تصل السوائل إلى مرحلة التجمد في وقت معين ونقطة محددة تسمى نقطة التجمد، وذلك كما في حالة الانصهار فإنه يوجد نقطة انصهار.
وهي التي تتحول فيها المادة إلى الحالة السائلة، وتختلف نقطة التجمد من مادة لأخرى حيث أن كل مادة تحتاج لدرجة حرارة منخفضة معينة لتصل إلى حالتها الصلبة.
وتختلف درجة الحرارة بمكونات المادة الداخلية ونسبة الشوائب الموجودة فيها، وهي ما يجعل وقت التجمد مختلف بين المواد المختلفة.
وإن حالة التجمد تعمل على فصل المواد بالتدريج إلى الوصول لمرحلة التجميد.
العلاقة بين درجة إنصهار المادة الصلبة ودرجة تجمد السائل
من الملاحظ بعد البحوث العديدة في خواص المواد الكيميائية والفيزيائية، بان درجة حرارة انصهار المواد هي نفسها درجة التجمد.
وتختلف اختلافات بسيطة في حالة وجود بعض العوامل الموجودة في تركيب المادة مثلًا الشوائب التي تعيق بعض العمليات وتستغرق لها بعض الوقت.
فمثلًا مادة الزجاج تنصهر عن طريق انخفاض اللزوجة بارتفاع درجة الحرارة ويكون الانتقال في الزجاج من حالته الصلبة إلى السائلة بالتدريج وليس مرة واحدة، وفي بعض الحالات تكون السوائل أكبر من المواد المتبلورة وهذه بعض الحالات الشاذة ويؤدي ذلك لسرعة ذوبان الزجاج.
تجميد الكائنات الحية
من الظواهر الطبيعية التي لاحظها العلماء والباحثين وتم اكتشافها عبر الزمن هو تجمد الكائنات الحية، حيث إن الكائنات الحية تستطيع تحمل درجات الحرارة المنخفضة لفترات طويلة من الزمن.
حيث يكون داخل أجسامها كميات من البروتينات والجلوكوز والذي يقيها من خطر التجمد، ونذكر منها على سبيل المثال الآتي:
- من الكائنات الحية التي تتحمل التجمد هي البكتريا، حيث إنه تم اكتشاف العديد من الأنواع التي لها إمكانية الحياة بعد التجمد لألاف السنين.
- يوجد بعض أنواع النباتات التي لها خواص الاحتفاظ بنفسها في حالة التجمد.
- وتسمى الحالة التي تكون عليها في درجات الحرارة المنخفضة هي حالة التصلب، وتستطيع تحمل حتى درجات -12 درجة مئوية وبعدها تتجمد.
- بالنسبة للحيوانات فيوجد بعض الأنواع من الديدان التي تستطيع الصمود في حالة التجمد.
- وتعود للحياة بعدها بحد أقصى 44 أسبوع.
- وهناك بعض الحالات الشاذة من الزواحف والبرمائيات التي عادت للحياة بعد تجمدها آلاف السنين.
شاهد أيضًا: درجة انصهار النحاس الأحمر
خواص التجميد في الأطعمة
بناء على الخواص العديدة للتجمد، فإن الباحثين توصلوا لطرق عديدة للاستفادة بها في حفظ الطعام وقد استخدمت هذه الطرق في القرون الماضية.
وكان الإنسان يقوم بها بالفطرة دون دراسة، ومن فوائد التجميد إنه يوقف عمل الكائنات الحية.
ويوقف نموها، فبالتالي تقف البكتريا عن عملها ولا تستطيع تحليل الغذاء.
وقام أحد العلماء البريطانيين باختراع طريقة للتجميد عن طريق غمر الطعام في محلول ملحي جليدي.
ولم تحظى هذه العملية بقبول نظرًا لصعوبتها وصعوبة تطبيقها، ثم جاء التبريد الميكانيكي.
وهو الذي لاقى قبولًا كبيرًا في مجال الصناعات الغذائية والأطعمة.
استخدام التجميد في الصناعات الغذائية
- حيث قامت العديد من شركات اللحوم والأغذية المحفوظة من استخدامها بكفاءة في عملية تجميد اللحوم.
- وتجميد الأسماك والدواجن والخضروات، وكانت أول شحنة مجمدة من اللحوم في عام 1868م في لندن، وكانت النتائج جيدة لحد كبير.
- تمكنت الشركات من تصنيع شاحنات عملاقة تحتوي على أحدث أساليب التجميد.
- وذلك لاستخدامها في نقل المواد الغذائية من بين الدول المصنعة إلى الدول المستهلكة دون فساد ما بداخلها.
- واعتمدت الشركات في المقام الأول على منتجات الحوم والمنتجات الداجنة.
- ووصلت درجات التجميد في هذه الشاحنات إلى ما دون الصفر بعشر وعشرون درجة مئوية.
- وهي استحالة نمو البكتيريا الضارة فيها، وهذا سبب نجاحها باحتفاظ المنتج بخواصه وبالأخص اللحوم بعد الذبح مباشرة.
- وعملت العديد من الشركات بعد ذلك إلى استخدام التجميد في الحاصلات الزراعية بعد تنظيفها وتجهيزها للطهو مباشرة.
- في أكياس وعبوات تصلح للاستهلاك مباشرة، وجنت العديد من المكاسب المالية.
- بالإضافة إلى تجميد الفواكه الموسمية والخضروات الموسمية التي تدخل في بعض الصناعات، وذك لتقليل تكلفة المنتج.
- حيث أن تخزين الفواكه والخضروات في موسم حصادها تكون تكلفته أقل من شراؤها في غير أوقات حصادها.
شاهد أيضًا: درجة تجمد الماء في النظام الدولي
تطرقنا في هذا الموضوع للعديد من المعلومات عن عمليتي الانصهار والتجميد، مع ذكر العديد من الأمثلة.
وتم عرض الحالات المختلفة لعمليتي الانصهار والتجميد وأول استخدام للتجميد في الصناعات الغذائية.
وتم التعرف على بعض الكائنات الحية التي تتحمل حالة التجمد وتعود للحياة بعدها، وفوائد التجميد للصناعات الغذائية والصناعات اللحوم والأسماك.