العوامل التي تؤثر في درجة الانصهار
مع ارتفاع درجة حرارة مادة سائلة إلى مستوى معين، يبدأ السائل في الارتفاع مجددًا. من الواضح أن درجة الانصهار تختلف من مادة لأخرى، إذ تتأثر بالعديد من العوامل، ومنها ما يلي:
الضغط الجوي
يعتبر الضغط الجوي من العوامل المهمة التي تؤثر في درجة الانصهار، حيث يؤدي زيادة الضغط المطبق على مادة معينة إلى تخفيض درجة انصهارها. وبشكل أكثر وضوحًا، يتسارع انصهار المادة عند زيادة الضغط المطبق عليها.
قوى التجاذب بين الجزيئات
تؤثر قوى التجاذب بين الجزيئات بدرجة كبيرة على درجات الانصهار، فكلما زادت قوة التجاذب، زادت درجة الحرارة المطلوبة لتكسير الروابط بينها. بشكل عام، تتمتع المركبات الأيونية بدرجات انصهار مرتفعة نتيجة للقوى الإلكتروستاتيكية التي تربط الأيونات ببعضها.
بالإضافة إلى ذلك، فإن المركبات العضوية التي تتشكل عبر قوى قطبية، وخاصة تلك المرتبطة بالهيدروجين، تتمتع بدرجات انصهار عالية، حيث تكون درجات انصهار المواد القطبية أعلى من تلك غير القطبية عند المقارنة بين أحجام متساوية. على سبيل المثال، تصل درجة انصهار أحادي كلوريد اليود (مركب قطبي) إلى نحو 27 درجة مئوية، في حين تبلغ درجة انصهار البروم (مادة غير قطبية) حوالي -7.2 درجة مئوية.
شكل الجزيئات وحجمها
تكون لديك درجة انصهار أعلى عندما تكون الجزيئات متماسكة معًا، وعندما تكون المسافات بينها صغيرة. على سبيل المثال، تتمتع جزيئات النيوبنتان المتناظرة بدرجة انصهار أعلى مقارنة بالأيزوبنتان الذي يحتوي على مسافات أكبر بين الجزيئات.
كما أن حجم الجزيئات يؤثر على درجات الانصهار، إذ تذوب الجزيئات الأصغر عند درجات حرارة أقل من تلك الأكبر حجمًا. فعلى سبيل المثال، تنصهر جزيئات الإيثانول عند -114.1 درجة مئوية، بينما تنصهر جزيئات السليلوز الإيثيلي الأكبر عند 151 درجة مئوية.
تتكون الجزيئات الكبيرة من عدد كبير من الذرات غير المعدنية المرتبطة بروابط تساهمية، مثل الماس والسيليكا والجرافيت، التي تحتاج إلى كسر روابطها التساهمية القوية قبل أن تتم عملية الانصهار، مما يؤدي إلى درجات انصهار مرتفعة.
نقاء المادة
عندما تكون المادة مكونة من عنصر واحد، فإن عمليات الانصهار تكون متجانسة للغاية، بينما يتغير الوضع إذا كانت المادة تتكون من عدة عناصر، حيث يمتلك كل عنصر درجة حرارة انصهار مختلفة.
هذا يعكس أن عمليات الانصهار ربما تكون غير متجانسة، وقد اعتمد العلماء على هذه المعلومات لتحديد نقاء المادة. فالمادة التي تذوب عند درجة حرارة محددة تكون نقية جداً، بينما إذا ذابت عند نطاق من درجات الحرارة، فإن ذلك يدل على خليط متعدد من المواد.
وجود الشوائب في المادة
تنصهر المواد الصلبة المحتوية على شوائب عند درجات حرارة منخفضة وضمن نطاق واسع، وهو ما يعرف بنقطة انخفاض درجة الانصهار. أما المواد الصلبة النقية، فعادة ما تتراوح نقاط انصهارها ضمن نطاق ضيق، لا يتجاوز 1-2 درجة مئوية.
يُطلق على هذا النطاق اسم درجات الانصهار الحادة. تؤدي الشوائب إلى وجود عيوب في هيكل الجزيئات، مما يسهل التغلب على القوات الترابطية بينها. وعادةً ما تُعتبر درجة الانصهار الحادة دليلاً على نقاء العينة نوعاً ما.
في المقابل، يمثل نطاق درجات الانصهار الواسعة دليلاً على وجود شوائب في المادة. فمثلاً، تحتوي البلورات العضوية النقية على جزيئات متناسقة دون فراغات، بينما تكونٌ تلك البلورات غير نقية عندما توجد في مزيج من مادتين عضويتين مختلفتين.
هذا غير متوافق يجعل المواد النقية تحتاج إلى درجات حرارة أعلى للانصهار مقارنةً بتلك غير النقية.