|
دید کلی
ماده از سه حالت جامد ، مایع ، گاز تشکیل شده است که این سه حالت ، تحت شرایط خاصی قابل تبدیل به یکدیگر هستند. آب به‌عنوان یک مایع در صورت حرارت دادن تا بالاتر از نقطه جوش تبخیر شده ، به حالت گاز در می‌آید و اگر آنرا تا زیر صفر سرد کنیم، منجمد شده ، یخ تشکیل می‌دهد. هر مایعی نقطه انجماد مخصوص خود را دارد آب در صفر درجه شروع به انجماد می‌کند.برخی از مواد در دماها پایینتر و برخی دیگر در دماهای بالاتر منجمد می‌شوند. یخ بستن آب ، شناخته شده ترین فرایند انجماد است که همه ما با آن آشنا هستیم. اما در این بحث سعی می‌شود با روش علمی آنچه را که هنگام انجماد یک مایع رخ می‌دهد، توضیح دهیم.
تئوری انجماد
خواص حالت مایع حد واسط بین بی‌نظمی کامل مولکولی در حالت گاز و آرایش منظم مولکولی در حالت جامد است. در مایعات ، مولکولها به قدری آهسته حرکت می‌کنند که نیروهای جاذبه بین مولکولی می توانند آنها را در حجم معینی نگه دارند. با این حال ، جنبش مولکولها هنوز آنقدر سریع است که نیروهای جاذبه بین مولکولی بتوانند آنها را در مواضع مشخصی از شبکه بلوری ثابت نگه دارند.با سرد شدن مایع ، حرکت مولکولهای آن بیش از پیش کند می‌شود و سرانجام در دمای معینی انرژی جنبشی تعدادی از مولکولها به قدری کم می‌شوند که نیروهای بین مولکولی می‌توانند آنها را در یک شبکه بلوری نگه دارند. در این حال انجماد آغاز می‌شود و مولکولهای کم‌انرژی به‌تدریج در نقاطی از شبکه بلوری قرار می‌گیرند.
نقطه انجماد نرمال
نقطه انجماد نرمال یک مایع ، دمایی است که در آن ، مایع و جامد تحت فشار کل 1atm در حال تعادل هستند. در نقطه انجماد ، دمای سیستم مایع - جامد ثابت می‌ماند تا تمام مایع منجمد شود. مقدار گرمایی که بایستی از مواد در نقطه انجماد گرفته شود تا یک مول آن منجمد گردد، گرمای مولی تبلور نامیده می‌شود. این مقدار برابر با تفاوت محتوای گرمایی (ΔH) مایع و جامد است.
مایع زیر انجماد
گاهی مولکولهای یک مایع به هنگام سرد شدن به دمایی پایینتر از نقطه انجماد می‌رسند، ولی حرکات نامنظمی را که مخصوص حالت مایع است، از دست می‌دهند در این حال گفته می‌شود که مایع زیر انجماد می‌باشد در این حالت اگر یک میله همزن را از درون به دیواره ظرف محتوی مایع بکشیم یا یک دانه کوچک بلور جامد در درون محلول بیندازیم، تبلور در اطراف آن صورت گرفته و دمای محلول به نقطه انجماد باز می‌گردد و تعادل پایدار مایع - جامد برقرار می‌باشد. این فرآیند تبلور ، گرما تولید می‌کند تا دما به نقطه انجماد باز گردد.جامدات شیشه‌ای
برخی از مایعات می‌توانند حالت زیر انجماد خود را به مدت طولانی حفظ کنند. مولکولهای این مایعات به هنگام سرد شدن به جای اینکه شکل هندسی منظم بلوری به خود بگیرند، با آرایش نامنظمی که خاص حالت مایع است، جامد می‌شوند. اینگونه مواد ویسکوزیته نسبتا زیادی دارند و معمولا شکل مولکولی آنها پیچیده است، به همین علت به‌سختی متبلور می‌شوند. این مواد را معمولا جامدات بی‌شکل یا شیشه‌مانند می‌نامند.شیشه ، قیر و برخی پلاستیکها از این نوع هستند. برخی از این مواد را می‌توان با سرد کردن تدریجی رقیق و با تغییرات بسیار کند در حالت زیر انجماد متبلور کرد.