ما الذي يجعل مكعبات الثلج تذوب؟

الجليد هو الشكل الصلب الذي يتخذه الماء السائل عند تبريده إلى ما دون 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). يذوب الجليد بسبب الخواص الكيميائية للماء. يوجد روابط هيدروجينية بين جزيئات الجليد أكثر من الماء. يبدأ الجليد في الذوبان عندما تتجاوز درجة حرارته 0 درجة مئوية وتنكسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء.

يتكون جزيء الجليد أو الماء من ذرتين من الهيدروجين مرتبطة تساهميًا بذرة أكسجين واحدة. تشترك الذرات في الإلكترونات ، مما يجعل ذرة الأكسجين تحمل شحنة كهربائية سالبة قليلاً ، بينما تكون ذرات الهيدروجين موجبة قليلاً ، مما ينتج عنه جزيء قطبي. بسبب هذه القطبية ، تنجذب جزيئات الماء لبعضها البعض وتشكل روابط هيدروجينية بين الجزيئات.

الروابط الهيدروجينية بين ذرات الهيدروجين والأكسجين أضعف من الروابط التساهمية ، وتتحكم في الخصائص الفيزيائية للماء والجليد. ترتبط جزيئات الماء ببعضها البعض بقوة أكبر في الجليد منها في الماء السائل ، على الرغم من أن الجزيئات في الجليد تكون مفصولة على نطاق أوسع ، مما يتسبب في أن يكون الجليد أقل كثافة من الماء.

يذوب الجليد عندما تتسبب الطاقة الحرارية في تحرك الجزيئات بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى كسر الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات لتكوين ماء سائل. في عملية الذوبان ، تمتص جزيئات الماء الطاقة بالفعل. هذا هو السبب في أن مكعب الثلج يذوب بسرعة أكبر من الخارج ويحتفظ بالبرودة والصلابة لفترة أطول في المركز: الذوبان هو عملية تبريد. مع إدخال المزيد من الحرارة ، سيستمر الجليد في الذوبان ، وإذا تجاوزت درجة الحرارة نقطة الغليان ، حوالي 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، فإن المزيد من الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء سوف تنكسر تمامًا ، مما يؤدي إلى تكوين الماء بخار.

تؤدي إضافة المواد الغريبة ، مثل الملح أو جزيئات المواد الكيميائية ، إلى إذابة الجليد بشكل أسرع لأنها تخل بتوازن عمليات الذوبان والتجميد. كلما زاد عدد الجزيئات الأجنبية الموجودة على سطحه ، قل عدد جزيئات الماء التي يمكن أن يلتقطها الجليد ، مما يؤدي إلى إبطاء عملية التجميد. يستخدم الملح لإذابة الجليد على الأرصفة والطرق لأنه رخيص الثمن ويمكن الوصول إليه ، وليس لأنه أكثر فعالية من المواد الأخرى.