جدول المحتويات:
الحالات الفيزيائية للمادة
تتكون المواد من جزيئات متراصة مع بعضها البعض بواسطة قوى تماسك متنوعة القوة والشدة. هذه القوى هي التي تحدد الحالة الفيزيائية التي ستكون عليها المادة. ففي الحالة الصلبة، تكون هذه القوى قوية جدًا، مما يحافظ على شكل وحجم المادة ثابتًا، ويجعلها متراصة ومترابطة.
أما في الحالة السائلة، تكون قوى التماسك بين الجزيئات أقل، مما يسمح للسوائل بتغيير شكلها لتأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه، ولكنها تحافظ على حجم ثابت. هذه الخاصية تجعل السوائل قابلة للجريان والتدفق.
وفي الحالة الغازية، تكون قوى التماسك بين الجزيئات ضعيفة للغاية، مما يجعل الغازات تتمدد وتنتشر بسرعة، وتغير شكلها وحجمها وفقًا للظروف المحيطة.
تأثير التسخين على المواد الصلبة
عندما تكتسب جزيئات المادة الصلبة طاقة حرارية نتيجة للتسخين، تضعف قوى التجاذب بين هذه الجزيئات. هذه العملية تؤدي إلى تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وهي عملية تعرف بالذوبان أو الانصهار. الانصهار هو ببساطة تحول المادة من الصلابة إلى السيولة عن طريق اكتساب الحرارة.
ما هي نقطة الذوبان؟
لكي تذوب أي مادة صلبة، يجب تزويدها بكمية كافية من الحرارة. عندما تبدأ المادة في الذوبان، ترتفع درجة حرارتها حتى تصل إلى نقطة معينة تثبت عندها درجة الحرارة، على الرغم من استمرار اكتساب المادة للحرارة. تستمر هذه الحرارة ثابتة حتى تذوب المادة الصلبة تمامًا. هذه الدرجة الثابتة من الحرارة هي ما يسمى بنقطة الذوبان.
بشكل أكثر تحديدًا، نقطة الذوبان هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. كل مادة صلبة نقية لها نقطة ذوبان فريدة تميزها عن المواد الأخرى. على سبيل المثال، تبلغ نقطة ذوبان الثلج صفر درجة مئوية.
العملية المعاكسة للانصهار هي التجمد، وهي تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة عن طريق فقدان الحرارة من خلال التبريد. عندما تفقد المادة السائلة الحرارة، تقترب جزيئاتها من بعضها البعض، وتزداد قوى التجاذب بينها، مما يؤدي إلى تماسكها وتحولها إلى الحالة الصلبة. تجدر الإشارة إلى أن نقطة التجمد للمادة الصلبة النقية هي نفسها نقطة الذوبان لنفس المادة. وهذا يعني أن المادة تتجمد وتذوب عند نفس درجة الحرارة.
قال تعالى: ﴿يَوْمَ نَطْوِي السَّمَاءَ كَطَيِّ السِّجِلِّ لِلْكُتُبِ ۚ كَمَا بَدَأْنَا أَوَّلَ خَلْقٍ نُّعِيدُهُ ۚ وَعْدًا عَلَيْنَا ۚ إِنَّا كُنَّا فَاعِلِينَ﴾ [الأنبياء: 104]
طريقة عملية لتقدير نقطة ذوبان مادة صلبة نقية
يمكن قياس نقطة ذوبان أي مادة صلبة في المختبر باستخدام الأدوات التالية:
- ميزان حرارة دقيق.
- أنبوب شعري زجاجي صغير.
- حامل معدني لتثبيت الأنبوب.
- أنبوب زجاجي كبير.
- قطعة مطاطية لتثبيت ميزان الحرارة والأنبوب الشعري.
- مصدر حرارة، مثل موقد بنسن أو سخان كهربائي.
- زيت برافين أو زيت معدني آخر.
- كمية صغيرة (حوالي 1 جرام) من المادة الصلبة المراد قياس نقطة ذوبانها.
خطوات القياس:
- املأ الأنبوب الزجاجي الكبير بزيت البرافين.
- اطحن المادة الصلبة المراد قياس نقطة ذوبانها جيدًا، ثم ضع كمية صغيرة منها في الأنبوب الشعري واضغط عليها برفق لضمان تراصها في قاع الأنبوب.
- ثبت الأنبوب الشعري على ميزان الحرارة باستخدام قطعة المطاط، بحيث يكون الجزء الذي يحتوي على المادة الصلبة محاذيًا لمستودع الميزان الحراري.
- ضع ميزان الحرارة والأنبوب الشعري داخل الأنبوب الزجاجي الكبير المحتوي على الزيت. تأكد من أن الجزء السفلي من ميزان الحرارة والأنبوب الشعري مغمور في الزيت.
- قرب مصدر الحرارة من الأنبوب الزجاجي، وراقب درجة الحرارة باستمرار. ستلاحظ ارتفاع درجة الحرارة تدريجيًا مع التسخين.
- عندما تبدأ المادة الصلبة في الذوبان، ستلاحظ ثبات درجة الحرارة على الرغم من استمرار التسخين. سجل هذه الدرجة، فهي نقطة الذوبان للمادة.
- استمر في التسخين حتى تذوب المادة الصلبة تمامًا. بعد ذلك، ستبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى.
بهذه الطريقة يمكن تحديد نقطة ذوبان أي مادة صلبة نقية بدقة في المختبر.
قال رسول الله صلى الله عليه وسلم: “إنَّ اللَّهَ لا يَقْبِضُ العِلْمَ انْتِزَاعًا يَنْتَزِعُهُ مِنَ العِبَادِ، وَلَكِنْ يَقْبِضُ العِلْمَ بِقَبْضِ العُلَمَاءِ، حتَّى إذَا لَمْ يُبْقِ عَالِمًا اتَّخَذَ النَّاسُ رُؤُوسًا جُهَّالًا، فَسُئِلُوا فأفْتَوْا بغيرِ عِلْمٍ، فَضَلُّوا وأَضَلُّوا” [متفق عليه].
