القوى التي يجب التغلب عليها عند صهر الثلج
كتب بواسطة : Samar Tarek
بتاريخ : 2 يناير 2023
القوى التي يجب التغلب عليها عند صهر الثلج، إذا تأملت مكعب الثلج البارد أمامك وتفحصت مكوناته الدقيقة فإن أول الأسئلة التي من الممكن أن تتبادر إلى ذهنك سوف تكون ما هو هذا الثلج وما هي القوى المطلوبة من أجل التغلب عليه عند الصهر، هذا ما سوف نتعرف إليه بالتفصيل في المقال التالي فتابعونا كي نجيب عن كافة تساؤلاتكم في هذا الشأن.
القوى التي يجب التغلب عليها عند صهر الثلج
إذا كانت لديك رغبة في صهر مكعب ثلج بارد قادم من الثلاجة فكل ما عليك فعله هو التغلب على القوة المتسببة في تجمده ووصوله إلى هذه المرحلة من التجمد التي هو عليها وهذه القوة المطلوبة منك بكل بساط يطلق عليها الروابط الهيدروجينية أو الروابط الأيونية.
وهذه النوعية من الروابط هي التي تتسبب بشكل كبير في وضع الماء في حالة التجمد المتعارف عليها والتي تكون قوى تربط بين جزيئات الثلج وبعضها البعض ومن الممكن أن يتم التخلص منها بكل سهولة من خلال تعريض المكعب لمصدر من مصادر الحرارة المتعارف عليها.
وبهذه الطريقة يتم إحلال الروابط الهيدروجينية والتمكن من الحصول على ماء صافي عادي بعد أن كان مجرد مكعب من الثلج تسيطر عليه قوى من الروابط الهيدروجينية وتتحكم في شكله وقوته ومتانته.
إن آلية ذوبان الثلج تعد واحدة من أهم وأشهر الآليات المتعارف عليها في تحول المواد من الصلب إلى السائل ومن ثم البخار، وبكل بساطة وبالتجربة على مكعب من الثلج فإن مراحل ذوبان الثلج يمكن حصرها فيما يلي:
من المهم أن نعرف أن درجة انصهار الثلج هي الدرجة التي يتحول فيها الثلج إلى ماء عادي سائل وبالمناسبة فإن هذه الدرجة مساوية لدرجة تجمد الماء وتشير إلى درجة الحرارة التي يتحول فيها الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
وعليه فإن درجة انصهار الثلج وتجمده واحدة ألا وهي 0 درجة مئوية، وعليه فإن درجة انصهار الجليد هي درجة الحرارة التي تصل فيها المادة النقية في حالتيها السائلة والصلبة إلى حالة مميزة من التوازن، وكلما ازدادت درجة حرارة المادة الصلبة عن درجة الانصهار فإنها سوف تبدأ بالتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة وذلك دون أي تغيير على درجة حرارتها.
ويرجع ذلك لأن المادة الصلبة تبدأ بالاهتزاز وبسرعة شديدة ويرجع ذلك لامتصاصها الكبير للطاقة الحركية ما يجعل هيكلها الصلب يبدأ بالتفكك والذوبان وفي حالة ذوبان جميع الجزيئات الصلبة في الثلج هنا تبدأ درجة الحرارة الخاصة بالسائل بالتزايد وذلك بالتزامن مع زيادة درجة الحرارة نفسها.
بالطبع فإن المادة في حالتها الصلبة ونقصد هنا بالحديث الثلج بالطبع تكون في أعلى كثافة ممكنة لها وذلك عما تكون عليه بشكل مخالف تمامًا وأقل ما يكون للحالة السائلة أو الحالة الغازية وذلك لعدم مقدرتها على الانضغاط مثل ما هي عليه في الحالة الصلبة.
من المهم أن نعرف بأن الماء طبيعيًا يحمل ثلاث أطوار مختلفة ألا وهي الصلبة – السائلة – الغاز ويكون الماء على أي حالة من الحالات السابق إيضاحها وكل حالة تكون مستقلة بذاتها وتغير في البنية الشكلية والهيكلية للماء بشكل مختلف.
ولكن موضوعنا اليوم يشير إلى وجود حالة مميزة تجمع بينهم في مصطلح يطلق عليه اسم النقطة الثلاثية، وهي نقطة تتوافر فيها المادة بجميع حلاتها في ذات اللحظة وهذه الحالة تتم تحت تأثير ضغط ودرجة حرارة مناسبة وهي من أكثر الحالات الفريدة والمميزة في التوازن الديناميكي الحراري.
وتحدث هذه النقطة الثلاثية للماء عند درجة حرارة 273.16 كالفن (أي ما يعادل 0.01 درجة مئوية)، مع تطبيق ضغطٍ يبلغ قدره 611.66 باسكال (أي ما يعادل 6.1166 ميلي بار) وعليه ووفقًا للأبحاث العلمية وما اتفق عليه العلماء فعد تطبيق الشرطين السابق ذكرهم فإننا من الممكن وبكل سهولة أن نرى الماء وفي جميع أطواره في ذات التوقيت أي أنه سوف يكون صلب وغاز وسائل في ذات الوقت.
وهو ما ينتج عنه تغير كامل في الحالة الفيزيائية بكل سهولة ويتحول إلى صلب أو سائل أو غاز وذلك من خلال القيام بالعديد من التغيرات البسيطة في درجات الحرارة والضغط المطبق بشكل كبير جدًا وعليه فإن درجة الحرارة في النقطة الثلاثية للماء تكون 273.16 كالفن هي درجة الحرارة القياسيّة المستخدمة في معايرة موازين الحرارة.
وفي الحقيقة فإن هذه الحالة أو النقطة الثلاثية من الطبيعي أنها من الممكن ملاحظتها في حياتنا اليومية بشكل كبير فإذا أمعنت النظر في مشروبك الساخن وقمت بإضافة مكعبات الثلج له فسوف ينتج عن ذلك تصاعد بخار الماء بشكل واضح ومميز أمامك وعلى الرغم من أن هذه التجربة لا تدل على الحالة الصحيحة للنقطة الثلاثية ولكنه يبقى فارق وبسيط وجوهري.
حيث أن النقطة الثلاثية من أهم خواصها أن الماء لا يتحول فيها من شكل إلى آخر ولكن من الملاحظ أن نسبة كل من البخار والجليد والماء السائل تبقى ثابتة بشكل كبير طالما توافرت الظروف التي كونت معًا هذه النتيجة بشكل كبير في بادئ الأمر.
سبق وأن وضحنا وجود قوى مميزة بين الجسيمات وبعضها البعض هذه القوى هي التي تتحكم بشكل كبير في كثافة ومتانة المادة وأطلقنا عليها الروابط الهيدروجينية، وعند غليان الماء فإن أول الأمور التي من الممكن ملاحظتها عليه هو ما يحدث في هذه الروابط.
ونقطة الغليان للمادة هي درجة الحرارة التي تتغير فيها المياه من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية وذلك خلال كل جزء من أجزاء السائل المتعارف عليها ، ويتم ذلك من خلال إحلال جميع الروابط الهيدروجينية الموجودة بداخل السائل إلى أن تصل إلى أقصى درجة ممكنة من الانفصال والتكسر عن بعضها البعض.
وعليه فنكون قد بينا فيما سبق أن القوى التي من الممكن التغلب عليها في حالة غلي الماء تكون القوى المتمثلة في إحلال الروابط الهيدروجينية الموجودة بداخل المادة والتي يؤدي تكسيرها في أقصى مراحلها على الإطلاق وعند الوصول إلى درجة حرارة 100 درجة مئوية والتي تعادل ال212 فهرنهايت في هذه الحالة تتحول المياه بشكل كبير إلى درجة الغليان المطلوبة لها.
