ما هو الانصهار؟

نظرة عامة حول مفهوم الانصهار

يُعرف الانصهار بأنه عملية تحويل مادة صلبة إلى حالتها السائلة، وتتم عملية التحويل عادة من خلال تسخين المادة إلى درجة حرارة معينة تسمى بدرجة الانصهار،^[١] وتُعرف درجة الانصهار بأنها درجة الحرارة التي تمتلك فيها المادة النقية أشكال صلبة وأشكال سائلة في حالة توازن، وتسبب زيادة درجة الحرارة بعد هذه الدرجة تكوين مادة سائلة دون الحاجة إلى تغيير درجة الحرارة، ومن الجدير بالذكر بأن درجة حرارة انصهار المواد الصلبة البلورية تعرف بكونها رقمًا مميزًا يستخدم في تحديد المركبات والعناصر النقية، وتميزها عن المواد غير النقية.^[٢]

كيف يحدث الانصهار؟

توجد أغلب المواد الصلبة على شكل شبكة بلورية ذات قوى جذب جزيئية قوية، ويتم التغلب على طاقة الربط الداخلية للشبكة البلورية بواسطة الطاقة الحرارية التي يتم تمريرها على هذه المواد، والتي تؤدي بدورها إلى إضعاف قوى الجذب الجزيئية الداخلية، وبطبيعة الحال سيؤدي ضعف القوة هذا إلى عدم الاستقرار في الشبكة البلورية، وإلى انفصال الجزيئات عن بعضها البعض والبدء بالتحرك في اتجاهات عشوائية، ويتسبب عدم الاستقرار في الشبكة البلورية في انصهار المادة، وبالعودة إلى نظرية الذوبان فإنه عند زيادة درجة حرارة مادة ما بسبب توفر الحرارة، أو زيادة الضغط فإن جزيئات المادة تبدأ في الاهتزاز في أماكنها، وعندما تتجاوز سعة الاهتزاز (أو المسافة المقطوعة) المسافة بين ذرات المادة، فإنها تسبب عدم استقرار اهتزازي يؤدي إلى انصهار المادة في النهاية.^[٣]

الحرارة الكامنة للانصهار

بعد ارتفاع درجة حرارة المادة إلى درجة حرارة الانصهار، فإن الحرارة المضافة بعد هذه الدرجة لا تتسبب برفع درجة حرارة المادة، ولكنها تستخدم لتغيير حالة المادة كليًا من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وهذه الحرارة التي تُزود بها المادة الصلبة عند نقطة انصهارها هي عبارة عن حرارة اندماج كامنة، ويتم تعريفها على أنها الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل 1 كغم من المادة الصلبة إلى الحالة السائلة تمامًا عند الضغط الجوي، ويتم استخدام مصطلح "الكامنة"؛ لأن هذه الحرارة مخفية مجازيًا أي أنها لا تظهر على مقياس درجة الحرارة.^[٣]

ما هي العوامل المؤثرة على درجة الانصهار؟

يوجد العديد من العوامل المؤثرة على درجة الانصهار، ومنها ما يأتي:^[٤]

• قوة الترابط بين الجزيئات: تعتمد درجة الانصهار على مدى قوة التجاذب بين الجزيئات المكونة للمادة، إذ تزيد درجة الانصهار بزيادة القوى بين هذه الجزئيات، فمثلًا تمتلك المركبات الأيونية درجات انصهار مرتفعة جدًا، ويعود السبب في ذلك إلى وجود القوى الكهروستاتيكية القوية التي تربط الأيونات ببعضها البعض، كما أن نقاط درجات انصهار المواد القطبية تكون أعلى من درجات انصهار المواد غير القطبية عندما تكون الأحجام متماثلة.
• وجود الشوائب: تسبب الشوائب عيوبًا هيكلية تجعل التفاعلات الجزيئية بين الجزيئات أسهل للتغلب عليها، وغالبًا ما تكون درجة الانصهار الحادة دليلًا على أن العينة نقية إلى حد ما، ومن ناحية أخرى فإن نطاق الانصهار الواسع يعتبر دليلًا على أن المادة ليست نقية.