نقطه ذوب

مواد در سه شکل جامد، گاز و مایع در اطراف ما وجود دارند. این سه گروه هر کدام ویژگی های مخصوصی دارند. هر کدام از این اشکال مواد در درجه حرارت و سرمای مختلف به اشکال دیگری در می آیند. برخی از آنها نقطه جوش، نقطه انجماد و نقطه ذوب دارند. یعنی مواد گوناگون در یک دمای مخصوص شروع به جوشیدن، منجمد شدن و ذوب شدن می کنند. مواد برای جوشیدن و ذوب شدن نیاز به حرارت داشته و برای منجمد شدن باید در برابر سرما قرار بگیرند. در این بلاگ از وبسایت آریا مستربچ، به این موضوع می‌پردازیم.

به عنوان مثال هنگامی که یخ در محیط گرم قرار می گیرد ذوب می شود و شکل آن از حالت جامد به مایع در می آید و وقتی که آب سرمای لازم را دریافت کند به یخ تبدیل می شود. در مطلب امروز قصد داریم درباره نقطه ذوب شدن، ویژگی ها، کاربردها و فاکتورهای موثر بر آن صحبت کنیم. به نقاط ذوب برخی از فلزات گوناگون نیز می پردازیم.

نقطه ذوب چیست؟

به طور ساده پاسخ این سوال که «نقطه ذوب چیست؟» را می توانیم این گونه بدهیم: نقطه ذوب به دمای مشخص و مخصوص ذوب شدن جامدات می گویند. فرایند ذوب شدن مواد به شکل جالبی اتفاق می افتد که به آن می پردازیم.

هنگامی که یک جسم جامد حرارت می بیند ذرات آن که به صورت خاصی منظم هستند به حالت ارتعاشی در می آیند. در این ماده اتم، یون و مولکول مرتعش می شوند. به این ترتیب ذرات ماده انرژی جنبشی را به خود جذب می کنند. هنگامی که حرکت و ارتعاش ذرات تشکیل دهنده جسم مورد نظر افزایش یابد، نظم آنها به کلی از بین می رود و جسم جامد به حالت مایع و مذاب در می آید. بنابراین ماده مورد نظر در دمای مذکور ذوب می شود و این دما نقطه ذوب آن محسوب می شود.

نقطه ذوب در بین مواد موجود اطراف ما جزو مشخصات مواد بلوری است. این مواد در درجه حرارت معینی از حالت جامد به مایع تبدیل می شوند. در نقطه مذکور و در هنگام ذوب شدن انرژی های درون ماده به عنوان گرمای همجوشی آزاد شده و به این ترتیب دمای ماده تغییر نمی کند. به عبارت دیگر هنگام حرارت دادن ماده جامد ذرات تشکیل دهنده آن انرژی بیشتری دریافت کرده و مرتعش می شوند. نیروی جاذبه موجود بین ذرات به طور کامل ضعیف شده و دیگر نیرویی برای نگهداشتن ذرات در کنار هم وجود ندارد.

به این ترتیب شکل ماده تغییر کرده و به مایع تبدیل می شود و ساختار بلوری آن کاملا از بین می رود. موادی که از نیروی جاذبه بیشتری برخوردارند باید حرارت بیشتری دریافت کنند تا به نقطه ذوب برسند. با توجه به توضیحات مشخص می شود که جامداتی که دارای نیروی جاذبه بیشتری هستند نقطه ذوب بالاتری دارند و برای ذوب شدن آنها انرژی بیشتری لازم است.

ویژگی های نقطه ذوب

موادی که به نقطه ذوب می رسند نه تنها شکل و حالت ظاهری آنها تغییر می کند بلکه بسیاری از خصوصیات دیگر آنها نیز عوض می شود. برخی از این خصوصیات عبارتند از: ظرفیت حرارتی خاص، پارامترهای ترمودینامیکی، خصوصیات رئولوژیکی همانند: ویسکوزیته و حجم و همچنین ویژگی های نوری. به این ترتیب مشخص می شود که ویژگی های نقطه ذوب موجب تغییرات فیزیکی بسیاری در ماده می شود.

فاکتورهای موثر بر نقطه ذوب

نقطه ذوب هر ماده همیشه ثابت است ولی در صورت بروز عواملی تغییر می کند. به همین جهت در این بخش به فاکتورهای موثر بر نقطه ذوب می پردازیم.

میزان نیروی جاذبه بین یون ها یکی از عوامل موثر است. یعنی هر چه میزان جاذبه بین یون ها افزایش یابد نقطه ذوب شدن مواد نیز بالا می رود.این نیرویی که بین ذرات وجود دارد به نام الکترواستاتیک شناخته می شوند.
ناخالص بودن یکی دیگر از فاکتورهای موثر بر این نقطه است. ناخالص بودن ترکیبات ماده موجب کاهش نقطه ذوب و همینطور گسترده تر کردن دامنه آن می شود.
چگونگی ترکیب مولکولی نیز یکی دیگر از عوامل تأثیرگذار است. برخی از مولکول ها مانند ایزوپنتان فشردگی بیشتری دارند به همین جهت موادی که دارای این مولکول ها هستند نقطه ذوب بالاتری نیز دارند. این مولکول های درشت با ساختار بزرگی که دارند توسط پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند. سیلیس، الماس و گرافیت سه تا از این مواد با مولکول های درشت هستند.

کاربرد نقطه ذوب

نقطه ذوب به دلیل اینکه یک عدد ثابت است و در شرایط عادی تغییر نمی کند یک عدد کاربردی و خوب به شمار می رود. در این بخش به کاربرد نقطه ذوب در بخش های مختلف می پردازیم.

شناسایی مواد ناشناخته در بخش های مختلف از طریق نقطه ذوب امکان پذیر است. هنگامی دمای ذوب شدن ماده ای مشخص باشد و تغییر نکند امکان شناسایی آن در هر کجا وجود دارد. جدول نقاط ذوب مواد مختلف در هنگام بررسی مواد نامشخص مورد استفاده قرار می گیرد. البته لازم به ذکر است که امکان شناسایی صد در صدی صرفا از طریق نقطه ذوب وجود ندارد و باید از جهات دیگر هم ماده مورد نظر را بررسی کرد.
از طرف دیگر به دلیل اینکه عوامل مختلفی در دمای ذوب تأثیرگذار است پس باید این نکته را نیز در نظر بگیریم. چرا که در شرایط غیر عادی دمای ذوب تغییر می کند و شناسایی مواد سخت می شود.
نقطه ذوب در صنعت نیز کاربرد دارد. تولید فلزات و فرآوری سنگ های معدنی در صنعت با استفاده از دمای ذوب راحت تر انجام می شود. با دانستن این اطلاعات در مورد فلزات و سنگ ها استخراج آنها از معدن امکان پذیر می شود.

نقطه ذوب فلزات

فلزات هر کدام در دمای ثابت و مشخصی ذوب می شوند که در امر تشخیص آنها کمک می کند. به همین جهت در ادامه به نقطه ذوب فلزات رایج و مشهور اشاره می کنیم.

نقطه ذوب آهن

فلز آهن یکی از فراوان ترین عنصر زمین است و در سنگ هایی مانند بازالت و شهاب سنگ و مواد معدنی مختلف یافت می شود. آرایش اتم آهن در اثر ذوب شدن تغییر می کند. نقطه ذوب آهن معادل 2800 درجه فارنهایت یا 1538 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب مس

مس یک فلز پرکاربرد و رسانای خوب الکتریکی و گرما است. این فلز انعطاف بالایی دارد و یک فلز سخت محسوب نمی شود. نقطه ذوب مس 1983 درجه فارنهایت و 1084 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز غیر آهنی و نقره ای رنگ است. از این فلز در صنایع هواپیما سازی، ساختمان سازی و رساناهای الکتریکی استفاده می شود. نقطه ذوب آلومینیوم 1220 درجه فارنهایت یا 660 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب فولاد

فولاد ترکیبی از آهن، کربن و مقداری از عناصر دیگر است. از فولاد در صنعت ساختمان سازی استفاده می شود. از فولاد برای ساخت بسیاری از وسایل از جمله: کشتی های باربری، یخچال و فریزر، انواع اتومبیل، ماشین لباسشویی استفاده می شود. نقطه ذوب فولاد به جهت آلیاژهای مختلف آن مختلف است ولی به طور کلی این دما بین 2600 تا 2800 فارنهایت یا 1420 تا 1540 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب طلا

طلا یکی از محبوب ترین فلزهای جهان است. درخشش بالا، ماندگاری طولانی و منعطف بودن زیاد موجب محبوبیت آن شده است. نقطه ذوب طلا 1945 درجه فارنهایت و 1064 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب استیل

فلز استیل یکی از آلیاژهای فولاد است. در استیل علاوه بر ترکیبات آلیاژ فولاد بین 10 تا 30 درصد نیز کروم وجود دارد. نقطه ذوب استیل 2750 درجه فارنهایت یا 1510 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب برنج

برنج یک آلیاژ پرکاربرد است و از ترکیب دو عنصر روی و مس تهیه می شود. برنج در دو نوع زرد و قرمز تولید می شود و نقطه ذوب برنج زرد 930 و دمای ذوب برنج قرمز 1000 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب یکی از مشخصه های پرفایده مواد است و هر ماده در شرایط عادی یک دمای ذوب ثابت و مشخصی دارد.