تجمد الماء وانصهار الجليد

تجمّد الماء وانصهار الجليد

التّجمّد (بالإنجليزيّة: Freezing) هو تحوّل المادة من الحالة السّائلة إلى الحالة الصّلبة، حيث يتجمّد الماء ويتحوّل إلى جليد عندما تصل درجة حرارته إلى درجة التّجمد؛ وهي 32 درجة فهرنهايت أو صفر درجة مئويّة، وهي نفسها درجة الحرارة التي يحدث عندها انصهار الجليد أو ذوبانه (بالإنجليزيّة: Melting)؛ أي تحوّل الماء من الحالة الصّلبة إلى الحالة السّائلة، وفي بعض الحالات قد تنخفض درجة تجمّد الماء عند حدوث ظاهرة التبريد الفائق (super-cooling)، أو عندما يحتوي الماء على بعض الشّوائب، فيظل الماء سائلاََ على درجة حرارة 40 درجة مئويّة تحت الصّفر.[1]

العوامل المؤثرة على درجة تجمّد الماء

يمكن خفض درجة تجمّد الماء عن طريق:[2]

• إضافة مادة قابلة للذوبان إلى الماء مما يقلّل من القوى التي تربط بين جزيئاته، ويؤدي إلى خفض درجة تجمده، كما يحدث عند إضافة الملح إلى الشّوارع في الشّتاء لمنع تجمّد الماء عند انخفاض درجة الحرارة.
• تغيير الضّغط: عند تعرّض الماء لضغط مرتفع تقل القوى التي تربط بين جزيئاته، فتنخفض درجة تجمده، أما عند تعرّض بخار الماء لضغط منخفض فإنّه يتجمّد دون أن يمر بحالة السّيولة.

الماء فائق التّبريد

يتجمّد الماء في الظّروف الطبيعيّة عندما تصل درجة حرارته إلى صفر مئوي، إلا أنّه من الممكن أن يظل في الحالة السّائلة حتى عندما تبلغ درجة حرارته أربعين درجة مئويّة تحت الصّفر إذا وُضع في زجاجة ناعمة وكان خالياََ من الغبار، ويُسمى الماء في هذه الحالة الماء فائق التّبريد (بالإنجليزيّة: Supercooled Water)، وقد توصّل العلماء إلى أنّ هناك إمكانيّة للتحكّم بدرجة تجمّد الماء فائق التبريد عن طريق استخدام ما يُسمى بالأغشية الرّقيقة الكهرومغناطيسية شبه المتبلورة (quasi-amorphous pyroelectric thin films)، فإذا كانت الأسطح مشحونة بشحنة موجبة يتجمّد الماء بسرعة، وإذا كانت الأسطح مشحونة بشحنة سالبة يصبح من الصّعب تجمّد الماء، وتتميّز هذه الأسطح بأنّ شحنتها تتغيّر بتغيّر درجة حرارتها.[3]

من المثير للدهشة أنّ الماء فائق التبريد يمكن تجميده عن طريق التّسخين وليس التّبريد، فقد وجد العلماء أنّ الماء فائق التّبريد الموضوع على سطح من الليثيوم المشحون بشحنة سالبة يتجمّد عند تسخين السّطح لتصل حرارته إلى 8 درجات مئويّة تحت الصّفر، وذلك بعد أن تتغير شحنته لتصبح موجبة، ويشير العلماء أنّ القدرة على التحكّم بشكل أفضل بدرجة حرارة تجمّد الماء فائق التّبريد يمكن أن تكون مفيدة جداََ، إذ يمكن من خلالها فهم قدرة الكائنات ذات الدّم البارد على التكيّف مع الحرارة المنخفضة، وفهم آلية تكوّن السّحاب، كما يمكن استخدام هذه الآلية لحماية المحاصيل من التجمّد، والمحافظة على الخلايا والأنسجة عن طريق تبريدها.[3]

المراجع

1. ↑ AnneHelmenstine (5-11-2018), "What Is the Freezing Point of Water?"، www.thoughtco.com, Retrieved 12-1-2019. Edited.
2. ↑ John Papiewski (25-4-2018), "What Causes a Lower Freezing Point?"، sciencing.com, Retrieved 11-1-2019. Edited.
3. ^ أ ب Charles Choi (11-2-2010), "Scientists Freeze Water with Heat"، www.livescience.com, Retrieved 12-1-2019. Edited.