درجة تجمد الماء في النظام الدولي، نقطة تجمد الماء هي صفر درجة مئوية، ومع ذلك، إذا عدنا إلى الماضي، سنجد أنه قبل استخدام مقياس الحرارة، لم يتم تحديد درجة تجمد الماء، ولكن تم تحديدها على أنها صفر، لأن العلماء يعتبرون الماء نقطة القياس الأولى لدرجة الحرارة والكثافة والمقاييس.
الماء
- الماء هو الشريان الحيوي للحياة على الأرض، إذ يغطي 71٪ من سطحها، ويشكل جزءا أساسيا في تركيب جميع الكائنات الحية، وهو المسؤول عن العمليات البيولوجية.
- وهو مركب يتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرتين من الهيدروجين، وله الصيغة الكيميائية H2O، وخاصية الشفافية وعدم وجود لون أو طعم أو رائحة، ويعتبر مذيبا فعالا لمعظم المركبات.
- يعتبر أيضا وسيطا للعديد من التفاعلات، عندما يتزايد أهمية الماء في حياة الإنسان لتشمل جميع جوانب حياته، هناك حاجة إلى الكثير من البحث لدراسة جميع القضايا المرتبطة بالماء والعوامل المؤثرة فيه.
- تستخدم المياه في الصناعة والزراعة والأعمال المنزلية، وبدون الماء يصبح ذلك مستحيلا، وسنناقش في هذه المقالة تجمدها وانصهارها وغليانها بالتفصيل.
شاهد أيضًا: قصة قصيرة عن نعمة الماء
حالات تواجد الماء
- الماء موجود بثلاث حالات فيزيائية مختلفة في الطبيعة، ولكل حالة أهميتها، مثل الحالة السائلة، مثل مياه البحر والأنهار والبحيرات والمياه الجوفية.
- وهي الأكثر شيوعا على سطح الأرض، حيث تشكل 70.8٪ من مساحة الأرض، وتعتبر الحالة السائلة المسؤولة عن العمليات الحيوية في الكائنات الحية.
- الحالة الصلبة، ويوجد الماء فيها على شكل ثلج أو جليد.
- الحالة الغازية، حيث يسبب بخار الماء في الغلاف الجوي الحمل الحراري، ويمكن رؤيته عند ظهور السحب والضباب.
- يطلق على عملية تحويل المادة من الصلبة إلى السائلة مصطلح الذوبان، وعملية التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة تسمى عملية التجميد.
- تحويل المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة يسمى التكثيف، والعملية المعكوسة تعرف بالتبخر.
- بالنسبة للحالة التي تتحول فيها المادة مباشرة من الصلبة إلى الغازية دون الانتقال إلى الحالة السائلة، يطلق عليها اسم التسامي.
درجة تجمد الماء في النظام الدولي
- عندما ابتكر أول مقياس حرارة زئبقي، قام بوضع الزئبق في أنبوب ضيق وطويل، ثم غمره في الماء وبدأ في تبريده حتى تحول إلى ثلج، ثم وضع علامة على أنبوب الزئبق.
- ثم يتم تسخين الثلج حتى يصبح ماء، ثم يتحول إلى بخار، وبعد ذلك يتم وضع علامة زئبقية على الأنبوب.
- لذلك لدينا علامتان تمثلان المسافة بين التجمد والغليان، والمسافة مقسمة إلى 100 وحدة مسافة، وتسمى كل وحدة سلزيوس، وتعتبر نقطة التجمد صفرا ونقطة الغليان 100.
- بالإضافة إلى النظام السابق المعروف باسم سيليزيوس، هناك نظام آخر يسمى نظام فهرنهايت، حيث يكون الفرق بين العلامتين 180 درجة فهرنهايت، ونقطة التجمد هي 32 درجة، ونقطة الغليان هي 212 درجة.
- في القرن العشرين، تم استخدام مقياس درجة حرارة كلفن كمعيار دولي، إذ حددت أدنى درجة حرارة ممكنة في الكون، وكانت أدنى درجة حرارة محتسبة في الكون تبلغ -273 درجة مئوية.
- وفقا لمقياس كلفن، فإن أدنى درجة حرارة في الكون هي الصفر المطلق، وبالتالي فإن نقطة تجمد الماء تكون عند 273 كلفن، ونقطة غليان الماء تكون عند 373 كلفن، حيث أن درجة مئوية واحدة تعادل كلفن واحد، ولكن الاختلاف هو أن المقياس الكلفني يعتبر الصفر الكلفني مطابقا للصفر التام في الكون.
درجة تجمد الماء النقي عند الضغط الطبيعي
- تصل درجة حرارة تجمد الماء إلى 0 درجة مئوية، وتعد نقطة التجمد هي درجة الحرارة التي يتحول فيها الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وتتأثر هذه الدرجة بالضغط، وكلما زادت قيمة الضغط زادت درجة التجمد أيضا.
- عندما يبرد السائل بسبب تأثير القوة بين جزيئاته، ينخفض طاقة الجسيم. وعندما يصل السائل إلى نقطة معينة، يتجمد. يجب أيضا ذكر أن طاقة الاندماج أو الانصهار هي الطاقة المطلوبة لإذابة أو تجميد المادة الصلبة.
أهم المعلومات عن درجة التجمد للماء
- نقطة التجمد هي درجة الحرارة التي تتحول فيها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
- عند تبريد سائل معين، يحدث انخفاض في طاقة الجسيمات، مما يؤدي إلى اقتران الجسيمات مع بعضها البعض في نقطة معينة بفعل الجاذبية، وهذا يؤدي إلى تجمد المادة.
- حرارة الانصهار هي الطاقة المطلوبة لذوبان المادة الصلبة.
- نقطة التجمد عند درجة الحرارة المئوية هي صفر درجة مئوية، بينما درجة الغليان عند نفس درجة الحرارة هي مئة، وتم اعتماد هذه الدرجة بعد اختراع العالم جان كريستين مقياس سيلزيوس.
العلاقة بين تجمد الماء وذوبانه
- يطلق على درجة الحرارة التي يتغير فيها حالة الماء من السائل إلى الصلب أو من الصلب إلى السائل اسم درجة التجمد أو الذوبان للماء، وتمثل نقطة الانصهار درجة الحرارة التي يتغير فيها الماء من الصلب إلى الجليدي.
- الحالة السائلة هي تحول الماء من الصلب إلى السائل، وتشير درجة تجمده إلى درجة الحرارة التي يتحول عندها الماء من السائل إلى الصلب.
- من الناحية النظرية، تكون درجتا التجمد ونقطة انصهار الماء متساويتين في هاتين الدرجتين، عندما تكون درجة الحرارة 0 درجة مئوية أو 32 درجة فهرنهايت.
- عند ضغط يساوي 1، يمكن أن تكون السوائل شديدة البرودة بعد التجميد، وبالتالي لن تتجمد قبل درجة التجمد.
- يمكن للماء أن يظل سائلا في درجات حرارة تتراوح بين -40 إلى -42 درجة فهرنهايت؛ وفي بعض الحالات بين -4.44 إلى -5.56 درجة مئوية.
- إذا تركته في حالة تبريد شديدة أو احتواء على بعض الشوائب، فإن درجة الحرارة قد تنخفض، وهذا يؤدي إلى تجمده.
شاهد أيضًا: كيف نحافظ على الماء وما هي مصادره
درجة غليان الماء
- تحت الظروف القياسية عند مستوى سطح البحر، يغلي الماء عند درجة حرارة 100 درجة، أي 212 درجة فهرنهايت، ومع زيادة حرارة الماء، يرتفع نقطة غليانه.
- مع استمرار التسخين، تنتشر الفقاعات في السائل وترتفع إلى السطح، ثم تنفجر وهذه الدرجة ليست ثابتة بشكل دائم.
- حيث تتغير نقطة غليان الماء أو أي سائل آخر وفقا لضغط الهواء المحيط، عندما يكون الضغط الداخلي للسائل مساويا لضغط الهواء، فإنه يغلي أو يتحول إلى بخار.
- عند صعودنا إلى الجبل، ستنخفض درجة الغليان هناك بسبب الضغط، وعندما ننزل إلى مستوى سطح البحر أو أقل، سترتفع درجة الغليان هناك بسبب زيادة الضغط الجوي.
درجة انصهار الماء النقي
- يمكن تعريف نقطة الانصهار على أنها درجة الحرارة الثابتة التي يتحول فيها المادة البلورية النقية من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة تحت تأثير الحرارة.
- عند تعرض المادة الصلبة للحرارة، تزداد درجة حرارتها حتى تصل إلى نقطة الانصهار، وهذه الخاصية تعكس نقاء المواد البلورية.
- تتوقف نقطة انصهار الماء مباشرة على عاملين، وهما ضغط الماء ونسبة الشوائب فيه، وكلما زادت نسبة الشوائب في الماء، انخفضت نقطة انصهاره مقارنة بالنقطة التي يتوقع حدوثها.
- تقترب نقطة انصهار الماء النقي عند ضغط جوي واحد، وصفر درجة مئوية، وهو ما يعادل ٢٧٣.١٥ كلفن و٣٢ درجة فهرنهايت.
شاهد أيضًا: موضوع تعبير عن الماء سر الحياة وخصائص الماء
في نهاية رحلتنا في درجة تجمد الماء في النظام الدولي، قد تكلمنا بشكل شامل وواضح عن أهمية الماء وتركيبه والحالات التي يوجد فيها، وعن درجة تجمد الماء في النظام الدولي.
