چرا ذوب شدن اجسام با افزایش حجم همراه است

1158 بازدید آخرین به روز رسانی: 25 ژانویه 1401 زمان مطالعه: 10 دقیقه

مایعات و جامدات از این نظر شبیه یکدیگر هستند که هر دو در حالت فشرده هستند و ذرات آنها در مقایسه با گازها بسیار نزدیک به هم هستند. البته مایعات به دلیل غرق شدن شکل ظرف به خود می گیرند، اما این در مورد جامدات صدق نمی کند. بیشتر ذرات جامد با نظمی در کنار یکدیگر قرار می گیرند و حرکت هر اتم، یون یا مولکول در جامد محدود به حرکت ارتعاشی است. وقتی یک جامد را گرم می کنیم، ذرات تشکیل دهنده آن شروع به ارتعاش می کنند. در اثر این ارتعاش، ماده مورد نظر انرژی جنبشی را جذب می کند. در نهایت، آرایش منظم ذرات جامد از بین می رود و جامد شروع به ذوب می کند. نقطه ذوب دمایی است که در آن یک جامد شروع به ذوب شدن می کند.

فهرست مطالب این نوشته

معرفی

در نقطه ذوب یک جامد که یک تغییر فیزیکی است، ارتعاش مخرب ذرات بر نیروهای جاذبه جامد غلبه می کند. جامدات نیز “تراکم ناپذیر” هستند. لازم به ذکر است که این مواد از متراکم ترین مواد در بین حالت های مختلف ماده هستند. نمک خوراکی (کلرید سدیم) یک ترکیب یونی است که از تعداد زیادی پیوند یونی قوی تشکیل شده است. این ماده در دمای 801 درجه سانتیگراد ذوب می شود. یخ با فرمول شیمیایی $$H_2O$$، یک ترکیب مولکولی است که مولکول‌های آن توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می‌شوند. اگرچه پیوند هیدروژنی به عنوان قوی ترین پیوند بین مولکولی شناخته می شود، اما قدرت این پیوند بسیار کمتر از پیوند یونی است، بنابراین نقطه ذوب یخ صفر درجه است.

نقطه ذوب یک جامد برابر با نقطه انجماد یک مایع است. در این دما حالت جامد و مایع با یکدیگر در تعادل هستند. این تعادل برای آب در صفر درجه اتفاق می افتد.

$${H_2O} left(s right) rightleftharpoons {H_2O} left(l right)
$$

وقتی از کلمه جامد استفاده می کنیم، به طور کلی به ماده ای اشاره می کنیم که در دمای اتاق در حالت جامد قرار دارد. البته مواد مختلف نقطه ذوب متفاوتی دارند. گازها در دماهای بسیار بسیار پایین به جامد تبدیل می شوند و مایعات تنها زمانی منجمد می شوند که دما به اندازه کافی پایین باشد. جدول زیر دمای ذوب برخی از مواد معروف را نشان می دهد.

کاربردهای نقطه ذوب

دلایل مختلفی برای تعیین نقطه ذوب وجود دارد. نقطه ذوب در شناسایی مواد و همچنین تعیین خلوص نسبی نمونه موثر است.

استفاده از نقطه ذوب برای مشخص کردن یک ماده

از آنجایی که نقطه ذوب یک ترکیب یک ثابت فیزیکی در نظر گرفته می شود، می توان از آن برای مشخص کردن یک جامد ناشناخته استفاده کرد. فقط به نمودارهای نقطه ذوب نگاه کنید و آن را با عدد به دست آمده از آزمایش های ما مقایسه کنید. البته هنگام بررسی این سوال باید دقت کرد که ماهیت یک جامد را نتوان صرفاً با نگاه کردن به نقطه ذوب درک کرد.

ترکیبات زیادی از مواد آلی با دمای ذوب زیر 250 درجه سانتیگراد وجود دارد و بعید نیست که این دمای ذوب در برخی موارد با سایر مواد همپوشانی داشته باشد. بنابراین، نقطه ذوب را نمی توان به عنوان یک داده معتبر برای ماهیت یک ماده در نظر گرفت.

البته در برخی موارد، به ویژه زمانی که به محصولات یک واکنش شیمیایی نگاه می کنیم، نقطه ذوب می تواند نقش مهمی در شناخت نوع ماده داشته باشد. به عنوان مثال، محصولات احتمالی در فرآیند نیتراسیون بنزآلدئید عبارتند از: 3،2 یا 4-نیتروبنزلدئید. از آنجایی که این محصولات دارای نقطه ذوب متفاوتی هستند، در صورتی که جامد حاصل خالص باشد، می توان با استفاده از نقطه ذوب آن، نوع محصول را تعیین کرد.

کاربرد نقطه ذوب در صنعت

نقطه ذوب مواد در صنعت نیز کاربردهای زیادی دارد زیرا با دانستن نقطه ذوب مواد مختلف می توان از این اطلاعات در فرآوری سنگ های معدنی و تولید فلزات مختلف مانند طلا، مس، آلومینیوم و آهن استفاده کرد.

عوامل موثر بر نقطه ذوب

عوامل متعددی از جمله ترکیب مولکولی، گرانش و وجود ناخالصی‌ها بر نقطه ذوب تأثیر می‌گذارند.

ترکیب مولکولی

هنگامی که مولکول ها محکم بسته بندی شوند، نقطه ذوب بالاتری خواهیم داشت. به عنوان مثال، مولکول های نئوپنتان نقطه ذوب بالاتری نسبت به مولکول های ایزوپنتان دارند. اندازه مولکول نیز بر نقطه ذوب تأثیر می گذارد. همه چیزهای دیگر برابر هستند، مولکول های کوچکتر در دمای پایین تری ذوب می شوند.

درشت مولکول ها ساختار بسیار بزرگی دارند که در آن اتم های غیرفلزی از طریق پیوندهای کووالانسی مولکول های بزرگی را با اتم های همسایه خود تشکیل می دهند. مواد با ساختار کووالانسی بزرگ مانند الماس، گرافیت و سیلیس نقطه ذوب بالایی دارند.

نیروهای گرانشی

جاذبه قوی بین نیروها منجر به نقطه ذوب بالا می شود. به طور کلی، ترکیبات یونی به دلیل وجود نیروهای الکترواستاتیکی که یون ها را به هم متصل می کنند، نقطه ذوب بالایی دارند. در ترکیبات آلی، وجود قطبیت، به ویژه پیوند هیدروژنی، نقطه ذوب را افزایش می دهد. اگر اندازه مولکول ها یکسان باشد، نقطه ذوب مواد قطبی بیشتر از مواد غیر قطبی خواهد بود.

تاثیر ناخالصی بر نقطه ذوب

دلیل دیگری که می توان از نقطه ذوب استفاده کرد، اندازه گیری خلوص نسبی یک ماده است. به طور کلی ناخالصی ها نقطه ذوب را کاهش می دهند. به عبارت دیگر وجود ناخالصی در یک ماده باعث افزایش دامنه ذوب آن می شود. به عنوان مثال در جدول زیر نقاط ذوب بنزوئیک اسید با درجه خلوص مختلف را مشاهده می کنید که خلوص آن با افزودن استانیلید تغییر کرده است.

درصد مولی بنزوییک اسید
درصد مولی استانیلید
نقطه ذوب (درجه سانتی‌گراد)

100
0
122-120

95
5
121-114

90
10
120-109

85
15
117-105

80
20
116-94

در تصویر زیر همجوشی گام به گام سه نمونه با درجه خلوص متفاوت نشان داده شده است. در سمت چپ بنزوئیک اسید خالص، در وسط بنزوئیک اسید با 10 مول درصد ناخالصی استانیلید و در سمت راست اسید بنزوئیک با 20 مول درصد ناخالصی. همانطور که نمونه ها گرم می شوند، موادی که بیشترین ناخالصی را دارند ابتدا ذوب می شوند. این دو ناخالصی قبل از اینکه ماده خالص شروع به ذوب شدن کند، همجوشی خود را کامل کرده اند.

برای مشاهده تصویر در ابعاد بزرگتر،‌ روی آن کلیک کنید.

لازم به ذکر است که نقطه ذوب یک جامد در حضور یک ناخالصی کاهش می یابد، به طوری که حتی می تواند در دمای اتاق به حالت مایع برسد. به عنوان مثال، وقتی “پیپرونال” را با فرمول شیمیایی $$C_8H_6O_3$$ و محدوده ذوب 35-39 درجه سانتیگراد با “رزورسینول” با نقطه ذوب 109-112 درجه سانتیگراد و نسبت 4 به 1 مخلوط می کنیم. مخلوط حاصل به صورت دوغابی خواهد بود که در نهایت در دمای اتاق ذوب می شود. این نوع رفتار ذوب برای جامداتی با نقطه ذوب کمی بالاتر از دمای اتاق رفتار رایج است.

نمودارهای نقطه ذوب

رفتار کلی یک جامد خام حاوی دو جزء در یک نمودار همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود نشان داده شده است. قسمت سمت چپ نمودار جزء خالص A را نشان می دهد. قسمت سمت راست نمودار نیز جزء خالص B را نشان می دهد. خطوط نمودار نشان دهنده حالت گذار (همجوشی) از جامد به مایع است. این نمودار نشان می دهد که با خروج اجزاء از حالت خالص، نقطه ذوب کاهش می یابد. در بسیاری از مخلوط ها، کمترین نقطه ذوب در ترکیب خاصی از اجزا به نام “نقطه یوتکتیک” رخ می دهد. برخی از سیستم ها دارای چندین نقطه یوتکتیک هستند، در حالی که در برخی از سیستم ها نقطه یوتکتیک وجود ندارد.

مراحل ذوب یک مخلوط

یک جامد ناخالص به صورت یک مخلوط ناهمگن در سطح ماکروسکوپی وجود دارد به گونه ای که نواحی خالص هر جزء در جرم جامد توزیع می شود. نمونه ای از این توزیع را می توان در گرانیت مشاهده کرد. هنگامی که یک جامد ناخالص گرم می شود، در ابتدا “ذوب میکروسکوپی” در مناطق خالص جزء نقطه ذوب پایین رخ می دهد. البته این همجوشی میکروسکوپی با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست.

ذوب اولیه جزء A قطرات مایع کوچکی را تشکیل می دهد که جزء B را در جرم جامد حل می کند. این ذوب جزء B باعث افزایش ناخالصی جامد و کاهش نقطه انجماد می شود. این جزء در این قطرات ذوب می شود تا به ترکیب یوتکتیک برسد و این ذوب تا حل شدن کامل ناخالصی ادامه می یابد. هنگامی که انحلال جزء جزئی کامل شد، کل جرم شروع به ذوب شدن می کند. در این حالت خلوص مواد مذاب افزایش می یابد که منجر به افزایش خاصی در نقطه ذوب می شود.

بسته به قسمتی از نمودار که فرآیند ذوب از آن آغاز شده است، سیستم مورد نظر از خط ذوب در سمت چپ یا راست دمای نقطه یوتکتیک پیروی می کند و دمای ذوب آن را با افزایش غلظت اجزای ذوب شده در نقطه تنظیم می کند. جرم.

اگرچه ذوب میکروسکوپی در دمای یوتکتیک شروع می شود، اولین مقدار “محدوده ذوب”، یعنی زمانی که اولین قطره مایع با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است، لزوماً در این دما قابل ثبت نیست. قطرات مایع زمانی قابل مشاهده است که تقریباً 10-20 درصد نمونه ذوب شود. بسته به نوع ناخالصی، قبل از اینکه چشم قطره مایع را ببیند، سیستم ممکن است از دمای یوتکتیک خود فراتر رفته باشد که مثلاً نقطه b در تصویر بالا خواهد بود. مقدار نهایی راندمان ذوب بالاترین نقطه ذوب یک جامد خالص است، اما به دلیل انعکاس اثر نقطه ذوب کاهش یافته در جرم جامد، این مقدار کمتر خواهد بود.

به عنوان مثال، اگر یک جامد دارای 20% جزء A و 80% جزء B باشد، نقطه ذوب نهایی آن نقطه c خواهد بود. محدوده ذوب برای چنین سیستمی از دمای a تا دمای c در نظر گرفته می شود، اما اگر اولین قطره مایع در نقطه ای مانند نقطه b دیده شود، محدوده ذوب بین b و c ذکر می شود.

تأثیر ناخالصی بر نقطه ذوب از دیدگاه ترمودینامیکی

همانطور که قبلا ذکر شد، ذوب یک جامد خالص در دمای بالاتر از یک جامد ناخالص رخ می دهد. به این مفهوم « افسردگی نقطه ذوب » می گویند. نقطه ذوب دمایی است که در آن جامد و مایع در تعادل هستند. در این حالت، تغییرات انرژی آزاد گیبس $$(Delta G ^ circ)$$، برای فرآیند تبدیل جامد به مایع، صفر است و به تغییرات آنتالپی و آنتروپی بستگی دارد. البته تغییرات آنتالپی در هنگام همجوشی یک جامد خالص و ناخالص یکسان است زیرا در هر دو حالت نیروهای بین مولکولی یکسان شکسته می شود. به عبارت دیگر، فرورفتگی نقطه انجماد نتیجه تغییرات آنتروپی در طی همجوشی جامدات خالص و ناخالص است.

از آنجایی که حرکات اتم ها در جامدات محدود است، تفاوت کمی در آنتروپی بین جامدات خالص و ناخالص وجود دارد. اما بین مایع خالص و مایع ناخالص تفاوت زیادی در آنتروپی وجود دارد و مایع ناخالص دارای بی نظمی و آنتروپی بیشتری است. در نتیجه، ذوب یک جامد ناخالص و تبدیل آن به مایع ناخالص، تغییرات آنتروپی بیشتری نسبت به ذوب یک جامد خالص دارد. تغییرات بیشتر در آتروپی با کاهش دمای ذوب مطابقت دارد.

پدیده فوق را می توان به صورت مفهومی و ریاضی توضیح داد. در یک توضیح ریاضی، نمودار زیر را می توان به گونه ای نشان داد که در رابطه حاصل، آنتروپی در مخرج است. هر چه $$Delta S$$ بیشتر باشد، دمای ذوب کمتر خواهد بود. از منظر مفهومی باید گفت که ادغام زمانی رخ می دهد که عبارت های $$Delta H$$ و $$TDelta S$$ برابر باشند، یعنی زمانی که $$Delta G^circ = 0$$ در این مورد، یک $$TDelta S$$ بزرگتر به این معنی است که برای برابر کردن عبارت $$left( Delta H^text{o} right)$$ به دمای پایین‌تری نیاز است.

محدوده نقطه ذوب

محدوده نقطه ذوب اندازه گیری شده در آزمایشگاه می تواند با خلوص یک جامد مرتبط باشد. همانطور که قبلا ذکر شد، تمام نمونه ها در دمای یوتکتیک شروع به ذوب شدن می کنند، اما این فرآیند تنها زمانی قابل مشاهده است که 10-20 درصد نمونه در زیر میکروسکوپ ذوب شود. دمای ذوب از دمای یوتکتیک بالاتر نمی رود تا زمانی که تمام ناخالصی ها ذوب شوند. بنابراین، مقدار ناخالصی‌ها، پیش از رسیدن به مقدار قابل مشاهده ذوب، پیشرفت یک سیستم را در امتداد خط ذوب نمودار فاز تعیین می‌کند.

به عنوان مثال، اگر جامد حاوی مقادیر کمی ناخالصی باشد، این ناخالصی ها به سرعت در دمای یوتکتیک ذوب می شوند. این دما با حرف a در نمودار نشان داده شده است. در نتیجه دمای ذوب در طول خط ذوب افزایش می یابد. هنگامی که 10-20٪ از جامد ذوب می شود و قطره مایع قابل مشاهده می شود، سیستم ممکن است فراتر از “ترکیب یوتکتیک” و به عنوان مثال، در نقطه b در نمودار زیر باشد. این جامد تا رسیدن به نقطه ای مانند نقطه c به ذوب شدن ادامه می دهد. در نتیجه محدوده ذوب کمی از b تا c خواهد داشت.

برعکس، اگر جامد حاوی مقدار قابل توجهی ناخالصی باشد، ممکن است با ذوب 10 درصد جامد خالص، تمام ناخالصی ها نیز ذوب شوند. این بدان معناست که برخلاف حالت قبلی، دمای ذوب با مشاهده افت مایع از دمای یوتکتیک دور نخواهد بود. به عبارت دیگر، افت مایع در زمان ذوب جامد با ناخالصی بیشتر، زودتر و در نقطه ای مانند d مشاهده می شود و پس از اتمام ذوب در نقطه c، نتیجه دامنه دمایی ذوب بیشتر خواهد بود.

از توضیحات بالا می توان فهمید که اگر محدوده دمای ذوب زیر 2 درجه سانتیگراد باشد، می توان ماده مورد نظر را خالص دانست. البته این نکته را باید در نظر گرفت زیرا جامد مورد نظر می تواند ترکیبی نزدیک به ترکیب نقطه یوتکتیک داشته باشد. به عنوان مثال، اگر ترکیب یوتکتیک دارای 40% ماده A و 60% ماده B باشد و جامد مورد نظر دارای ترکیبی با 45% A و 55% B باشد، قبل از اینکه دمای ذوب از دمای یوتکتیک منحرف شود، کل ناخالصی جامد ذوب می شود. بنابراین، مخلوط هایی که ترکیبی نزدیک به ترکیب یوتکتیک دارند، با وجود ناخالصی زیاد، ممکن است محدوده کمی از نقاط ذوب را نیز شامل شوند.

اندازه گیری نقطه ذوب

روش های مختلفی برای اندازه گیری نقطه ذوب وجود دارد. رایج ترین و اساسی ترین روش اندازه گیری، روش مویرگی است. این روش شامل قرار دادن نمونه در یک لوله مویین و انجام آزمایشی است که در آن نمونه تا نقطه ذوب خود گرم می شود.

در روش جدیدتر از ابزاری به نام «دستگاه نقطه ذوب» استفاده می کنند. در این روش از همان مفهوم گرم کردن نمونه در لوله مویین به روشی ساده تر استفاده می شود. دستگاه های مختلفی وجود دارند که از نظر کاربرد و نوع دقت متفاوت هستند. در سطح اولیه این دستگاه ها، طراحی آنها به گونه ای است که می توان لوله مویرگی را به راحتی وارد دستگاه کرد و به سرعت گرم کرد.

نقطه ذوب یک جامد آلی را می توان با استفاده از یک لوله مویین به دست آورد. روش کار به این صورت است که جامد به لوله مویین اضافه می شود و لوله به دم دماسنج متصل می شود. این دماسنج در داخل یک “حمام گرمایش” قرار می گیرد. حمام به آرامی گرم می شود و دمای شروع و پایان ذوب نیز در دسترس خواهد بود. نمونه های خالص دارای نقاط ذوب خاصی هستند، برای مثال دمای ذوب یک ماده خالص می تواند بین 149/5 تا 150 درجه سانتیگراد باشد. اما نمونه های ناخالص دامنه ذوب وسیع تری دارند، به عنوان مثال می توان دمایی بین 145 تا 148 درجه سانتیگراد را برای آنها ذکر کرد.

در یک روش استاندارد، بهتر است جامد را به سرعت گرم کنید تا تخمینی سریع از دمای ذوب آن بدست آورید. روش کلی اندازه گیری نقطه ذوب حرارت دادن نمونه به صورت غیر مستقیم است. معمولاً از دو دستگاه به نام‌های «آپارات مل-تمپ» و «آپارات فیشر جانز» استفاده می‌کنند. به یاد داشته باشید که بر خلاف نقطه جوش، نقطه ذوب به فشار حساس نیست و نیازی به اصلاح برای فشار ندارد.

هنگام اندازه گیری نقطه ذوب کدام نقاط را باید رعایت کرد؟

در اینجا چند نکته برای انجام آزمایش نقطه ذوب وجود دارد:

هیچ نمونه ای را ذوب نکنید و همیشه از نمونه تازه با لوله مویین جدید استفاده کنید.

همیشه از یک لوله مویرگی استفاده کنید زیرا مویرگ های مختلف متفاوت هستند و نمی توان از آنها برای آزمایش های مکرر استفاده کرد.

قبل از راه اندازی دستگاه حتما لوله را تمیز کنید. عدم رعایت این مرحله ممکن است منجر به اندازه گیری نقطه جوش پایین یا محدوده ذوب گسترده تر شود.

اگر این مقاله برای شما مفید بود، آموزش های زیر نیز توصیه می شود:

^^

سهیل بحر کاظمی (+)

«سهیل بحرکاظمی» دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی نفت از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و تا امروز تولید مطالب متنوعی از مجله فرادرس را در حوزه‌های شیمی، هنر و بازاریابی به عهده داشته است. او اکنون به عنوان دبیر ارشد مجله علمی-آموزشی فرادرس فعالیت می‌کند.

مطالب مرتبط

برچسب‌ها

تأثیر فشار و ناخالصی ها بر نقاط جوش، ذوب و انجماد

فشار بخار:

مولکول های یک مایع دارای انرژی جنبشی هستند و انرژی جنبشی یک مولکول معین از مایع در برخورد با مولکول های دیگر دائماً تغییر می کند. در یک لحظه معین، برخی از مولکول ها انرژی نسبتاً بالایی دارند و برخی دیگر انرژی نسبتاً پایینی دارند. مولکول هایی با انرژی جنبشی بالا می توانند بر نیروی گرانشی مولکول های اطراف غلبه کرده و از سطح مایع فرار کرده و وارد فاز گاز شوند.

نحوه جوشاندن مایع:

هنگامی که فشار بخار یک مایع برابر با فشار اتمسفر است، مایع شروع به جوشیدن می کند. در این دما بخار حاصل در داخل مایع باعث ایجاد حباب و جوش می شود.

تشکیل حباب در دمای پایین تر از نقطه جوش غیر ممکن است زیرا فشار جو بر سطح مایع که بیش از فشار داخل آن است، مانع از تشکیل حباب می شود. دمای مایع در حال جوش تا هنگامی که تمام مایع بخار نشده است ثابت می ماند. در یک ظرف بدون در پوش، حداکثر فشار بخاری که هر مایع می تواند داشته باشد برابر با فشار جو می باشد.
فشار بخار هر مایع تنها از روی دما معین می شود بنابر این اگر فشار بخار ثابت باشد دما نیز ثابت است. برای ثابت ماندن دمای یک مایع در حال جوش باید به آن گرما داده شود زیرا در فرآیند جوش مولکول های با انرژی زیاد از مایع خارج می شوند. اگر سرعت افزایش گرما بیش از حداقل لازم برای ثابت نگه داشتن دمای مایع در حال جوش باشد، سرعت جوشش زیاد می شود ولی دمای مایع بالا نمی رود.

نقطه جوش یک مایع با تغییر فشار خارجی تغییر می کند. افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش و کاهش فشار باعث کاهش نقطه جوش می شود. مثلاً در ارتفاعات، آب در دمای پایین تری می جوشد. نوسانات فشار اتمسفر در یک مکان جغرافیایی می تواند نقطه جوش آب را تا 2 درجه سانتیگراد تغییر دهد، اما تغییر مکان می تواند تغییرات دیگری ایجاد کند.

فشار متوسطی که فشارسنج در سطح دریا نشان می دهد یک اتمسفر است اما در ارتفاعات بالاتر از این مقدار کمتر است. به عنوان مثال، در ارتفاع 5000 فوتی از سطح دریا، فشار متوسط ​​نشان داده شده توسط فشارسنج 0.836 اتمسفر و نقطه جوش آب در این فشار 95.1 درجه سانتیگراد است.

پایین آوردن نقطه جوش یک مایع:
اگر نقطه جوش نرمال مایعی بالا باشد مایع در اثر گرما تجزیه می شود، می توان با کاهش فشار آن در دماهای پایین به جوش آورد. از این روش برای تقطیر مایعات در خلاء استفاده می شود. مثلاً با کاهش فشار تا ۰٫۰۱۲۱ اتمسفر می تران نقطه جوش ۱۰ درجه سانتیگراد که به طور قابل ملاحظه پایین تر از دمای معمولی است رساند. با کاهش فشار می توان آب غیر ضروری بسیاری از فراورده های غذایی را خارج کرده و آن ها را تغلیظ کرد. در این روش دمای فرآورده مورد نظر به دمایی که ممکن است.

تاثیر ناخالصی ها بر نقطه جوش:

اثر ناخالصی نقطه جوش را افزایش می دهد زیرا مایع با ناخالصی ها کندتر می جوشد. مثلا در تابستان برای اینکه آب رادیاتور دیرتر بجوشد، کمی ضد شوفاژ داخل آب می گذارند که باعث می شود آب دیرتر بجوشد و به ماشین آسیبی وارد نشود. به عنوان مثال، افزایش نمک در آب، نقطه جوش آن را افزایش می دهد و بنابراین می توان نقطه جوش آب را بالای 100 درجه افزایش داد.

تأثیر ناخالصی ها بر نقطه جوش دو حالت دارد:

1) اگر ناخالصی غیر فرار باشد (مانند نمک) همیشه نقطه جوش را بالا می برد.

2) اگر نجاست فرار باشد (مثل الکل)، گاه نقطه جوش را زیاد و گاه کاهش می دهد.

نقطه همجوشی:

نقطه ذوب یکی از خواص فیزیکی اجسام است و درجه حرارتی است که در آن درجه جسم جامد به مایع تبدیل می شود یا به عبارت دیگر درجه حرارتی است که در آن فشار بخار ماده جامد برابر است. فشار بخار مایع در واقع، همجوشی انتقال از آرایش بسیار منظم ذرات در شبکه کریستالی به آرایش بسیار تصادفی مشخصه یک مایع است. هنگامی که دما به نقطه ای می رسد که انرژی حرارتی ذرات بر نیروهای داخل کریستال غلبه می کند، جسم شروع به ذوب شدن می کند.

در مورد ترکیبات غیر یونی، نقطه ذوب پایین است زیرا نیروهای بین مولکولی در مقایسه با نیروهای بین یونی ضعیف هستند. در دمای ذوب، حالت جامد و حالت مایع جسم در تعادل هستند و برای یک جسم خالص، دما در طول دوره ذوب ثابت است. هنگامی که یک جسم جامد گرم می شود، افزایش دما باعث می شود دمای آن تا ذوب شدن اولین ذره افزایش یابد. از آن نقطه به بعد، گرمای داده شده برای ذوب جسم جامد استفاده می شود، تا زمانی که آخرین ذره جسم جامد باقی بماند. دما افزایش نمی یابد، دمای ذوب است.

اگر حرارت برداشته شود، تا زمانی که تمام مایع به جامد تبدیل شود (یخ بزند)، دما کاهش نمی یابد. بنابراین، نقطه ذوب و نقطه انجماد یک ماده خالص یکسان است. پس از ذوب کامل، اگر حرارت را ادامه دهیم، مایع شروع به گرم شدن می کند تا به نقطه جوش برسد و در این نقطه دمای نقطه جوش ثابت می ماند تا آخرین قطره مایع باقی بماند.

تاثیر فشار اتمسفر بر نقطه ذوب:

تأثیر فشار اتمسفر بر نقطه ذوب بسیار ناچیز است. زیرا اگرچه افزایش فشار ذرات جامد را به یکدیگر نزدیک می کند و بنابراین نیروی بین مولکولی افزایش می یابد و بنابراین دمای لازم برای جداسازی مولکول ها کمی افزایش می یابد. اما از آنجایی که ذرات جامد نزدیک به هم هستند و قابلیت تراکم پذیری زیادی ندارند، تغییر فشار خارجی نمی تواند نقطه ذوب جامدات را خیلی تغییر دهد و به استثنای برخی مواد مانند یخ، افزایش فشار نقطه ذوب را کمی افزایش می دهد البته در در مورد یخ، افزایش فشار نقطه ذوب آن را کاهش می دهد.

تأثیر ناخالصی بر نقطه ذوب:

وجود ناخالصی ها به طور کلی نقطه ذوب جسم را پایین می آورد و مخلوط دو ماده متفاوت نقطه ذوب کمتری نسبت به هر یک از آن دو ماده دارد. اگر دو ماده نقطه ذوب یکسانی داشته باشند و مخلوط این دو ماده نیز نقطه ذوب یکسانی داشته باشد، می توان نتیجه گرفت که این دو ماده یکسان هستند. به طور کلی می توان از کاهش نقطه ذوب ناشی از ناخالصی در یک ترکیب برای شناسایی و درک وجود ناخالصی ها استفاده کرد.

نقطه انجماد:

هنگامی که یک مایع به اندازه کافی سرد شود، به جامد تبدیل می شود. تبدیل مایع به جامد را انجماد می گویند. دمایی که در آن مایع به جامد تبدیل می شود، نقطه انجماد نامیده می شود.

برخی از مواد مانند یخ در دمای معینی از جامد به مایع تبدیل می شوند و قبل از ذوب شدن نرم نمی شوند. اگر این مواد را سرد کنیم در همان دمایی که ذوب شده اند جامد می شوند. موادی مانند یخ، قلع و سرب از این دسته از مواد هستند. این مواد نقطه ذوب مشخصی دارند. یعنی دقیقاً می توانیم بگوییم که این مواد در چه دمایی ذوب می شوند (یا منجمد می شوند). در این گروه از مواد، نقطه ذوب برابر با نقطه انجماد است.

گروه دیگری از مواد با تغییر از جامد به مایع به تدریج نرم می شوند. مثلاً وقتی قیر و شیشه گرم می شوند، ابتدا نرم می شوند و حالت جامد می یابند، سپس در اثر حرارت بیشتر به تدریج به حالت مایع در می آیند، این مواد مذاب باید خمیری ایجاد کنند. موادی که نقطه ذوب مشخصی دارند، نقطه انجماد می توانند در حالت جامد یا مایع یا در هر دو حالت وجود داشته باشند.

تاثیر ناخالصی ها بر نقطه انجماد:

ناخالصی نقطه انجماد را کاهش می دهد. در زمستان برای جلوگیری از یخ زدن آب داخل رادیاتور ماده ای به نام ضد یخ در آن می ریزند که از یخ زدن یا یخ زدن دیرتر آب داخل رادیاتور جلوگیری می کند.ضد یخ را با مایعی شبیه الکل و آب مخلوط می کنند.

ممنون از سایت خوبتون، اگه میشه اثر فشار رو روی نقطه انجماد هم بذارید؟

نقطه ذوب و نقطه انجماد یکسان هستند

سلام میشه دلیل اینکه تاثیر فشار روی نقطه ذوب یخ با بقیه موارد متفاوته بگید؟

به ساختار مولکولی آب در دمایی که در آن به جامد تبدیل می شود اشاره دارد.

سلام اقای کبیری خدا قوت.. من در دوران ویروس کرونا خیلی دنبال سوالات امتحان مجازی بودم تا بتونم هر کدوم از دانش آموزان رو با سوالات منحصربفرد خودشون تست کنم، سایت شما خیلی کمکم کرد. ما از داشتن معلمان جوان و پرانرژی با قلب های بزرگی مانند شما که آزادانه نتیجه تلاش خود را به دیگران می دهند دلگرم و خوشحالیم.

خوشحالم که تونستم کمک کنم ممنون از لطف و محبت شما

:/

سلام استاد مطالب عالی بود ممنون

با تشکر

سلام خسته نباشید خیلی ممنون خیلی کامل و واضح بود

با تشکر

سلام استاد ببخشید میشه یک مثالی روی زودپز بزنید که چرا افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش میشه

عالی است، من واقعاً تا زمانی که بروشور شما را نخواندم، متوجه همه کارهایم نشدم. شما در کدام شهر هستید؟

با تشکر

سلام همکلاسی قدیمی
همیشه موفق باشی 🌹
سلامت باشی

با سلام و تشکر از لطف شما. من هم برای شما آرزوی موفقیت و سلامتی بیشتر دارم.

سلام خداقوت
یه سوال داشتم. چرا هوا نقطه ذوب را بالا می برد؟

همجوشی به معنای افزایش فاصله بین مولکول های جامد است. که در نهایت پس از ذوب شدن به مایع تبدیل می شود. اما نمی دانم منظور سوال شما افزایش هوا بود یا افزایش فشار هوا؟ لطفا سوال خود را با دقت بپرسید.

یه سوال داشتم میخواستم بپرسم آیا ماده ای هست که نقطه انجماد آب رو بالا ببره؟

در صورت امکان لطفا هم
هم بوست هوا و هم فشار هوا ارائه کنید.
، ممنون.

افزایش فشار اتمسفر جداسازی مولکول ها را دشوارتر می کند. بنابراین برای افزایش فاصله بین مولکول ها به دمای بالاتری نیاز داریم. در نتیجه نقطه ذوب افزایش می یابد.

خیلی ممنون
ممنون

سلام چرا اثر ناخالصی در نقطه ذوب
بیشتر است؟

ناخالصی عبارت است از افزودن اتم های جدید به اتم های قبلی. این باعث می شود که پیوند بین اتم ها قوی تر شود. در نتیجه باید حرارت بیشتری بدهیم تا از هم جدا شوند. در نتیجه نقطه جوش افزایش می یابد.

به دلیل جذب انرژی، آرایش مولکول هایی که در یک ترکیب جامد و کریستالی به دلیل نیروهای بین مولکولی منظم است، به آرایش نامنظم تری تبدیل می شود (یعنی حالت مایع)، به این فرآیند ادغام می گویند. همجوشی زمانی اتفاق می افتد که انرژی حرارتی بر نیروهای بین مولکولی که ذرات را در حالت جامد نگه می دارند غلبه کند. هنگامی که ترکیب جامد کریستالی گرم می شود، انرژی مولکول ها افزایش می یابد و باعث ایجاد ارتعاشات مولکولی زیادی می شود. در نهایت، در دمای معین، حرکت مولکول ها و نیروهایی که آنها را به حرکت در می آورند، از نیروهایی که آنها را در کنار هم نگه می دارند، بیشتر می شود و باعث فروپاشی شبکه کریستالی می شود، در این حالت کریستال ذوب می شود.

a- تفاوت آنتروپی برای ذوب ماده خالص و ناخالص b- معادله انرژی آزاد گیبس برای فرآیند ذوب

با رسیدن به دمای ذوب اولین مقدار کمی از مایع ظاهر می شود، در این دما فشار بخار مایع و فشار بخار جامد برابر است و دو فاز مایع و جامد در حالت تعادل قرار می گیرند، در واقع یک ماده ارزشمند در نظر گرفته می شود. ثابت فیزیکی برای یک ترکیب و از این مشخصه می توان برای شناسایی آن استفاده کرد. اگرچه باید توجه داشت که این خاصیت فیزیکی به تنهایی برای شناسایی ترکیب کافی نیست. اگر ماده ای کاملا خالص باشد، بین دمای ذوب اولیه و نهایی تفاوتی وجود ندارد، یعنی دمای ذوب یک ماده خالص در طول فرآیند ذوب ثابت می ماند. به عبارت دیگر، اگر به مخلوط مایع و جامد یک جسم خالص گرما بدهیم، دمای جسم تنها زمانی افزایش می‌یابد که تمام جامد به مایع تبدیل شود. و اگر حرارت دادن متوقف شود، تا زمانی که کل مخلوط جامد نشود، دما کاهش نمی یابد. درجه یا کمتر

دامنه نقطه ذوب برای a- ماده خالص b- ماده ناخالص

برخی از ترکیبات در دو حالت بلوری و آرایش وجود دارند که در هر یک از آنها مولکول ها به ترتیب متفاوتی قرار گرفته اند. از آنجایی که دمای ذوب به نیروهای بین مولکولی در شبکه کریستالی بستگی دارد، تعجب آور نیست که چنین ترکیباتی دو دمای ذوب متفاوت داشته باشند.تعالی یا قبل از آن، بنابراین در چنین مواردی نقطه ذوب در یک لوله بسته تعیین می شود. همچنین برخی از مواد از دست می دهند. حلال تبلور آنها قبل از ذوب (معروف به عرق) در این مورد اولین قطره مایعی که مشاهده می شود نقطه ذوب واقعی است.

دمای ذوب ثابت ناشی از خطای دماسنج

به طور معمول، انتظار می رود که دمای ذوب به دست آمده برای یک ترکیب، مطابق با دمای ذوب این ماده باشد که در جداول و آثار مرجع (کتاب دستی) موجود است. اگر اختلاف حدود یک یا دو درجه سانتیگراد باشد قابل قبول است اما نمی توان گفت که خطای بیشتر از این مقدار قطعاً به دلیل انجام نادرست آزمایش تعیین دمای ذوب است (البته یکی از خطاهای قابل توجه در تعیین دمای ذوب خطای آزمایشگر است) اما این خطا به دو دلیل می تواند توسط دماسنج ایجاد شود، یکی اینکه درجه را درست نخوانده اید و دیگری اینکه دماسنج به درستی دمای واقعی را نشان نمی دهد. در اینجا برای اطمینان از صحت کار دماسنج باید کالیبره شود.
علاوه بر این افزایش تدریجی و پی در پی ناخالصی در یک ماده خالص باعث کاهش نقطه ذوب متناسب با مقدار ناخالصی اضافه می شود. .

کالیبراسیون دماسنج

تعیین دمای ذوب

دمای ذوب عمدتاً به دو روش زیر تعیین می شود:

1- شیلنگ سبزه

لوله تیل

2- دستگاه های اندازه گیری میکروسکوپی دقیق

دستگاه اندازه گیری نقطه ذوب

مقدار کمی از مخلوط جامد را در هاون مخلوط کنید و آن را به صورت پودر نرم درآورید. یک لوله مویین به طول حدود 10 سانتی متر بردارید و یک سر آن را با شعله وصل کنید. انتهای باز لوله را در توده نرم شده فرو کنید تا مقداری داخل لوله شود، سپس به آرامی کف لوله را چند بار روی میز بزنید تا تمام پودر داخل لوله شود. همچنین می توانید یک لوله شیشه ای باز در ابتدا و انتهای آن را به صورت عمودی روی میز قرار دهید و لوله مویرگی را از سمت انتهای بسته روی آن قرار دهید.

لوله مویین را با استفاده از سیم یا بند لاستیکی به دماسنج وصل کنید تا انتهای لوله مویین و قسمت جیوه ای دماسنج در یک راستا قرار گیرند. حالا دماسنج و لوله مویین را با استفاده از پایه و انبر داخل وان (آب، گلیسیرین، پارافین یا ژله نفتی) قرار دهید. حمام را به آرامی با شعله (لامپ Bonnesen) گرم کنید (حدود 2 درجه سانتیگراد در دقیقه) و دمای شروع و پایان ذوب را روی دماسنج به دقت بخوانید و یادداشت کنید.

اندازه گیری نقطه ذوب

اگر نقطه ذوب یک ترکیب مشخص نباشد، معمولاً دو لوله مویین حاوی ترکیب تهیه می شود. با اولین لوله مویین، نقطه ذوب به سرعت اندازه گیری می شود (نمونه به سرعت گرم می شود)، سپس دمای حمام از دمای ذوب تقریبی به دست آمده به حدود 15 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و با استفاده از مویین لوله دوم، نقطه ذوب به آرامی تعیین می شود. و دقیقا

اداره کل آموزش شیمی ایران