كم درجة انصهار الجليد؟
كم درجة انصهار الجليد؟، يتم تعريف الجليد علميًا على أنه الماء في حالته الصلبة المتجمدة، ويتحول الماء من حالته السائلة الطبيعية إلى الحالة الصلبة عند نقص درجة الحرارة، ووصولها إلى أقل من الصفر المئوي، ولهذا نستعرض اليوم كم درجة انصهار الجليد، وكل ما يتعلق به.
محتويات المقال
كم درجة انصهار الجليد؟
- يُبنى الأساس العلمي لانصهار الجليد على درجات الحرارة التي تتعرض لها قطعة الجليد، ويظل الجليد على حالته الصلبة المتجمدة طالما ظلت درجة الحرارة تحت الصفر المئوي.
- ويمكن تحويل حالة الماء من هذه الحالة عن طريق تغيير درجة الحرارة، وانصهار الجليد هو تحوله من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وهو على النقيض من عملية التجمد.
- عند وضع الجليد في أشعة الشمس بشكل مباشر، يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارته، ويفقد القوة التي تربط بين جزيئاته، والمسئولة عن خاصية تجمد الماء.
- وتتفكك تلك الروابط القوية بين الجزيئات، يفقد الماء خاصية التجميد، ويتحول بسبب الحرارة إلى حالة الماء السائل.
- ينصهر الجليد عند نفس درجة تجمد الماء، وهي درجة الصفر سيلزيوس أو مئوي، وتكافؤ درجة انصهار الجليد حوالي 333.500 جول لكل كيلو جرام من الجليد.
ما هو الجليد وأماكن انتشاره؟
- بعد أن عرفت كم درجة انصهار الجليد، يجب عليك معرفة أن الجليد هو الماء في حالته الصلبة، ويوجد الجليد في مساحات شاسعة من الكرة الأرضية، وأشهر هذه الأماكن هو القارة القطبية الجنوبية المغطاة بالجليد بكامل مساحتها.
- كما ينتشر الجليد في بعض المواسم شديدة البرودة في بعض الدول القريبة من القطبين، ومن هذه البلاد دولة روسيا، وأوكرانيا، وأيسلندا، وشمال كندا، وغيرها من الدول التي تشتهر بالأمطار الجليدية.
- ينتشر الجليد كذلك على قمم الجبال شاهقة الارتفاع؛ وذلك بسبب نقص درجات الحرارة على قمم هذه الجبال بالنسبة سفوحها، مما يؤدي إلى تجمد الماء الجوفي في هذه المناطق، وهطول الأمطار الثلجية عليها، مثل قمة إفرست.
خواص الجليد
- الجليد هو مادة صلبة غير مستقرة، ليس لها لون مميز، بلورية الشكل، وشفافة يمكن الرؤية من خلالها بسهولة، تتبلور بالنظام السداسي الشكل، يمتلك العديد من الروابط القوية بين جزئياته المائية.
- ترتبط جزيئات الماء بهذه الروابط القوية، حيث يحافظ بذلك الجليد على درجة حرارته المنخفضة بشدة، ويبقى الماء في حالته الصلبة، والطريقة الوحيدة لتفكيك هذه الروابط هي رفع درجة حرارة الجليد.
- يتمدد الماء عند تجمده، ويصبح حجم الجليد المتكون أكبر من حجم الماء في الحالة السائلة قبل تجمده، حيث يصل الوزن النوعي للجليد إلى 0.9168 نيوتن، في حين أن الوزن النوعي للماء في الحالة السائلة، وعند نفس الدرجة هو 0.9998 نيوتن.
- وبذلك تكون كثافة الجليد أقل من كثافة الماء بشكل عام؛ ولهذا نلاحظ أن الجليد يطفو على الماء في المناطق القطبية المتجمدة.
آثار جيولوجية ناتجة من تمدد الماء عند تجمده
هناك آثار جيولوجية ناتجة من تمدد الماء عند تجمده، ومن هذه التأثيرات ما يلي:
- عندما يدخل الماء داخل شقوق، وفتحات الصخور المختلفة، ثم يتجمد بداخلها، يؤدي ذلك إلى تدمير هذه الصخور، حيث يتمدد الماء ويقوم بتشويه أشكال الصخور.
- يحدث إحلال وتبديل في المسطحات المائية الصغيرة مثل البحيرات، والتكتلات المائية، وبعض الأنهار الصغيرة، حيث يتجمد جزء من الماء نتيجة انخفاض درجة حرارته ثم ينزل إلى القاع ويحل محله بعض الماء الساخن من القاع.
- ويتعرض الماء الصاعد للسطح بدوره للتجمد كذلك، وهكذا حتى تتحول هذه البحيرات، والأنهار للحالة الجليدية من أعلاها لأسفلها بهذه الطريقة الفريدة.
لماذا كثافة الجليد أقل من الماء؟
- إن للماء بعض الخصائص العامة المختلفة عن باقي السوائل، حيث أن كثافته غير طبيعية، وغير ثابتة، فتكون أعلى قيمة لكثافة الماء في حالته السائلة وليس الحالة الصلبة الجليدية.
- وتتغير كثافة الماء نتيجة تغير درجة الحرارة التي يتعرض لها، أو يكتسبها من البيئة الخارجية، ولكن كتلتها تظل ثابتة، وكذلك السعة أو الحيز الذي يشغله الماء وذلك بالزيادة أو النقصان.
- كما ترتفع درجة اهتزاز جزيئات الماء مع زيادة درجة حرارته، وتقوم بامتصاص كميات كبيرة من الطاقة الحرارية بداخلها، مما يزيد المسافة البينية الفاصلة بين جزيئات الماء.
- وبذلك تكون السوائل الأكثر حرارة أقل في الكثافة، من حالتها الصلبة منخفضة الحرارة، لكن الماء يختلف حيث يتم استبدال هذا التأثير من خلال الروابط الهيدروجينية (Hydrogen Bonds).
- وهذه الروابط تقوم بوصل جزيئات الماء معًا بواقع كل جزيء يرتبط ب 3.4 من الجزيئات المحيطة به، وعند وصول الماء لحالة التجمد تتبلور جزيئاته من خلال النظام البلوري السداسي، في تصلب ويرتبط بشكل قوي، ولكن تزداد المسافة بين الجزيئات.
كثافة الماء
- تعتبر الكثافة صفة مميزة لكل مادة، وتعتبر كتلة وحدة الحجوم من هذه المادة، ويتم قياسها بوحدة الجرام لكل ملليلتر، أو لكل سنتيمتر مكعب، ويعبر عنها رياضيًا بالعلاقة: الكثافة = الكتلة ÷ الحجم.
- فعلى سبيل المثال إذا كانت لدينا كمية من الماء، وقمنا بقياس كتلتها ووجدناها 100 جرام، وكذلك حسبنا حجمها وكان 100 ملليلتر، في هذه الحالة تكون الكثافة = 100 جرام ÷ 100 ملليلتر = 1 جرام لكل ملليلتر.
كيف يتم تكوين الجليد؟
- هناك طاقة كامنة بداخل الماء تجعل جزيئاته قادرة على الحركة باستمرار وبشكل متواصل ودائم، وذلك في الحالة السائلة الطبيعية، وهذه الطاقة تفوق الطاقة الموجودة في جزيئات الماء في حالته الصلبة.
- ويؤدي ذلك إلى تحرك الجزيئات بشكل أسرع وأقوى في الحالة السائلة، وبحرية أكبر من الحالة الصلبة، ويؤدي ذلك إلى انتشارها في الحيز الذي يحتوي الماء.
- ومع تبريد الماء تقل هذه الطاقة الموجودة بين الجزيئات، وهذا يجعل حركتها تقل بشكل تدريجي مع نقص درجة الحرارة.
- وعند وصول درجة حرارة الماء إلى درجة الصفر المئوية، والتي تعتبر هي درجة تجمد الماء، تصبح الجزيئات ملاصقة لبعضها البعض.
- ولا تستطيع الجزيئات التحرك تقريبًا في هذه الحالة، مما يؤدي لتصلب الماء، وتحوله إلى الجليد، وتصبح حركة الجزيئات غير مرئية للعين المجردة.
مفهوم درجة الحرارة
- تعبر درجة الحرارة عن مدى برودة أو حرارة الجسم، ولها معايير كثيرة لقياسها، كما يمكننا أن نعرف الاتجاه الذي تنبعث فيه الحرارة من الأجسام المختلفة.
- وتنتقل الحرارة من الجسم الأعلى في درجة الحرارة إلى الجسم الأكثر برودة، ولا يمكن أن تساوى الطاقة الميكانيكية لجزيئات الجسم أو حجمه مع درجة الحرارة.
- ومثالًا على ذلك، إذا كان لديك عود ثقاب مشتعل فأنت تمتلك كمية حرارية أعلى من جبل جليدي شاهق الارتفاع، رغم أن الطاقة الحرارية الكلية للجبل الجليدي أعلى بكثير منها في عود الثقاب.
- وتشمل درجة الحرارة الجسم بالكامل، وذلك يتشابه مع خصائص أخرى تمتلك نفس الخاصية الشمولية مثل الضغط، والكثافة، وهذه الخاصية لا تتغير بتغير كمية المادة من كتلة أو حجم.
درجة الانصهار والحرارة الكامنة للانصهار
- تعتبر درجة الانصهار هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من حالتها الصلبة المتجمدة إلى حالة سائلة أكثر انسيابية، وهي خاصية مميزة لكل مادة، تختلف من مادة لأخرى.
- تنصهر المواد الصلبة المتبلورة بشكل نقي في درجات حرارة مختلفة حسب الروابط بين جزيئاتها، وذلك تحت الظروف القياسية من ضغط الحرارة، والرطوبة.
- عندما تتعرض المادة الصلبة لمصدر للطاقة الحرارية لمدة معينة بشكل ثابت، ومنتظم نلاحظ تحول المادة إلى الحالة المائعة، وعندها تثبت درجة حرارة المادة، وذلك حتى تتحول المادة إلى الحالة السائلة.
- والسبب الحقيقي في توقف درجة حرارة المادة الصلبة عن الزيادة هو أنها تمتص هذه الحرارة لاستهلاكها في تحويل المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، لذلك لا يتبقى منها شيء لزيادة درجة حرارة المادة بالنسبة للأجزاء المميعة.
- وينتهي هذا التوقف حينما تتحول كامل المادة إلى حالتها السائلة، وبعدها ومع تعريض المادة لمزيد من الطاقة الحرارية نلاحظ زيادة درجة حرارتها بشكل طبيعي مرة أخرى.
ما لا تعرفه عن الحرارة الكامنة لانصهار أي مادة
- الحرارة الكامنة لانصهار أي مادة هي كمية الطاقة الحرارية الكافية لتحويل جرام واحد من هذه المادة من حالتها الصلبة إلى الحالة السائلة، وهي خاصية مميزة تختلف من مادة لأخرى.
- يحتاج الجليد إلى 80 من السعرات الحرارية تقريبًا حتى يتم صهر جرام واحد منه، وتحويله إلى الماء السائل، ولذلك يستخدم الثلج داخل مبردات الطعام؛ لأن الدرجة الكامنة لانصهار كبيرة لذا فهو يحتفظ ببرودته لأطول فترة ممكنة.
- وعند تجمد الماء، وتحوله من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، تفقد حرارتها أثناء عملية التحول الحادثة، وهذه الحرارة تتساوى في الكمية مع الحرارة التي يحتاجها الجليد حتى ينصهر.
- يؤثر على درجة انصهار المواد بشكل عام عدة عوامل منها الضغط الجوي الذي كلما ارتفع فإن درجة الانصهار تزيد، وبذلك تزداد درجة الحرارة المطلوبة لتحويل هذه المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
- وكذلك هناك عامل آخر يؤثر في تحديد نقطة انصهار المادة، ودرجة الحرارة، والطاقة المطلوبة لإتمام عملية الانصهار لهذه المادة، وهذا العامل هو نقاء المادة، وخلوها من الشوائب، والرواسب التي تعكرها، وتؤثر في التركيب الفيزيائي لها.
- كما أن تعقيد التركيب الكيميائي للمادة يؤثر على درجة انصهارها، في المادة التي تتكون من عنصر ذري واحد يحدث فيها الانصهار بشكل سلس، ومتجانس.
- أما المادة التي تحتوي على تركيبة من عدة عناصر مشتركة معًا في تكوين جزيء المادة، فإنها تنصهر انصهارًا غير متجانس، واعتمد الباحثون على هذه الفكرة العلمية في معرفة مدى نقاء المواد.
- ويتم ذلك بصهرها عدة مرات، فإذا كانت درجة انصهارها ثابتة في كل مرة فإن المادة نقية، أما إذا تغيرت درجة انصهارها في كل مرة فإنها غير نقية.
وبهذا نكون قد تعرضنا لخواص الماء الحرارية عبر مقال كم درجة انصهار الجليد.؟، وعرفنا كم درجة انصهار الجليد، كما تطرقنا لأماكن انتشار الجليد حول العالم، ويسبب تشوهات الصخور في هذه المناطق، بسبب استخدامنا للثلج في التبريد.