ما الذي يسبب انخفاض درجة التجمد؟

يمكن أن يؤثر نوعان من التغييرات ، أحدهما كيميائي والآخر فيزيائي ، على درجة تجمد المادة. يمكنك خفض درجة تجمد بعض السوائل عن طريق خلط مادة ثانية قابلة للذوبان فيها ؛ هذه هي الطريقة التي يحافظ بها ملح الطريق على المياه الذائبة من التجمد في درجات الحرارة الباردة. يمكن للنهج الفيزيائي ، الذي يغير الضغط ، أن يخفض أيضًا نقطة تجمد السائل ؛ يمكن أن ينتج أيضًا أشكالًا صلبة غير عادية من مادة لا تُرى عند الضغط الجوي العادي.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

يقلل التجمد من درجة تجمد الماء ، مما يبقيه سائلاً في درجات حرارة منخفضة. كل من السكر والملح سيفعلان ذلك أيضًا ، وإن كان بدرجة أقل.

تحدد القوى الكهربائية بين الجزيئات درجات الحرارة التي تتجمد فيها المادة وتغلي ؛ كلما كانت القوى أقوى ، ارتفعت درجة الحرارة. العديد من المعادن ، على سبيل المثال ، مرتبطة بقوى قوية ؛ تبلغ درجة انصهار الحديد 1535 درجة مئوية (2797 درجة فهرنهايت). القوى بين جزيئات الماء أضعف بكثير ؛ يتجمد الماء عند صفر درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). تعمل مخاليط المذيبات وتغيرات الضغط على تقليل القوى بين الجزيئات ، مما يقلل من نقطة تجمد السوائل.

عن طريق خلط سائل مع مادة أخرى متوافقة ، فإنك تخفض درجة تجمد السائل. يجب أن تكون المواد متوافقة لضمان الخلط الكامل ؛ الزيت والماء ، على سبيل المثال ، يفصلان ولن يغيروا نقطة التجمد. يحتوي مزيج من ملح الطعام والماء على نقطة تجمد منخفضة ، كما هو الحال مع خليط الماء والكحول. يمكن للكيميائيين التنبؤ باختلاف درجة حرارة نقطة التجمد من خلال تطبيق صيغة تأخذ في الاعتبار كميات المادة المعنية والثابت المرتبط بالمادة الثانية. على سبيل المثال ، إذا قمت بحساب الماء وكلوريد الصوديوم وكانت النتيجة -2 ، فهذا يعني أن درجة تجمد الخليط هي 2 درجة مئوية (3.6 درجة فهرنهايت) أقل من الماء النقي.

يمكن للتغييرات في الضغط أن ترفع أو تخفض درجة تجمد المادة. بشكل عام ، تؤدي الضغوط الأقل من 1 جو إلى خفض درجة الحرارة التي تتجمد عندها المادة ، ولكن بالنسبة للماء ، يؤدي الضغط الأعلى إلى انخفاض درجة التجمد. تتشكل القوة الناتجة عن تغيير الضغط في القوى الجزيئية التي تعمل بالفعل في مادة ما. بالنسبة للماء عند الضغط المنخفض ، يتحول البخار مباشرة إلى جليد دون أن يتحول إلى سائل.

يحتوي الماء على عدة مراحل صلبة ، كل منها يتم ملاحظته عند مستويات ضغط مختلفة. يوجد الجليد القياسي ، الذي يسميه العلماء "الجليد الأول" ، عند الضغط الجوي وله بنية بلورية سداسية مميزة. عند درجات حرارة أقل من 80 درجة مئوية تحت الصفر (ناقص 112 درجة فهرنهايت) ، يمكن أن تتكون بلورات الجليد المكعبة من بخار عند ضغط جوي واحد. عند الضغط العالي ، تتشكل أنواع غريبة من الجليد ؛ يتعرف عليها العلماء على أنها Ice II إلى Ice XV. يمكن أن تظل هذه الأشكال من الجليد صلبة عند درجات حرارة تتجاوز 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) - نقطة غليان الماء عند ضغط جوي واحد.