ذوب و انجماد
بعدازظهری گرم، لنا سه تکه یخ در لیوانی آب می‌اندازد. نیم ساعت بعد از یخ‌ها خبری نیست و آب لیوان کمی بالاتر آمده است. یخ‌ها کجا رفتند؟ و آیا آبی که حالا در لیوان است با یخی که در آن انداخته بود فرق دارد؟
از جامد به مایع، و برعکس
در درس «جامد، مایع و گاز» دیدیم که ماده یا جامد است، یا مایع، یا گاز. یخ‌های لنا آبِ جامدند. وقتی گرم می‌شوند، به آب مایع تبدیل می‌شوند. به تبدیل شدن جامد به مایع ذوب شدن (melting) می‌گویند.
این کار برعکس هم انجام می‌شود. ظرفی پر از آب را در فریزر بگذارید؛ چند ساعت بعد قالب‌های یخ دارید. به تبدیل شدن مایع به جامد منجمد شدن یا انجماد (freezing) می‌گویند. برای آب، معمولاً می‌گوییم «یخ زد».
یخ ناپدید نشد. آب شد، و آب در لیوان ماند. یخ، آب مایع و آبی که در قالب فریزر است همه یک ماده‌اند: آب. فقط حالتش عوض شده است. می‌شود همان آب را بارها و بارها یخ زد و دوباره آب کرد، و هر بار باز هم آب است.
چرا یخ آب می‌شود؟
یخ وقتی آب می‌شود که گرما واردش شود. در لیوان لنا، این گرما از هوای گرم و آب گرم دور یخ می‌آید. خیلی‌ها می‌گویند «سرما از یخ بیرون می‌رود»، اما سرما چیزی نیست که جابه‌جا شود. آنچه جابه‌جا می‌شود گرماست، و همیشه از چیز گرم‌تر به چیز سردتر می‌رود. وقتی گرمای کافی وارد یخ شد، یخ ذوب می‌شود.
انجماد همین ماجراست، برعکس. در فریزر، گرما از آب بیرون می‌رود تا آب یخ بزند.
هر ماده دمای خودش را دارد
آب خالص در دمای صفر درجه‌ی سلسیوس یخ می‌زند و یخ هم در همین دما ذوب می‌شود. (در ایران به درجه‌ی سلسیوس سانتی‌گراد هم می‌گویند.) زیر صفر درجه، آب یخ است. بالای صفر درجه، یخ آب می‌شود. به دمایی که جامد در آن ذوب می‌شود نقطه‌ی ذوب (melting point) و به دمایی که مایع در آن منجمد می‌شود نقطه‌ی انجماد (freezing point) می‌گویند. برای هر ماده، این دو یک دما هستند.
ماده‌های دیگر در دماهای دیگری ذوب می‌شوند. شکلات در حدود ۳۴ درجه ذوب می‌شود، کمی کمتر از دمای درون دهان؛ برای همین روی زبان آب می‌شود. کره در تابه‌ای گرم ذوب می‌شود. آهن را باید تا حدود ۱٬۵۰۰ درجه گرم کرد تا ذوب شود؛ برای همین آهن مذاب نارنجی و درخشان است.
آب وقتی یخ می‌زند کار عجیبی می‌کند: کمی بیشتر جا می‌گیرد. یخ حدود یک‌دهم بزرگ‌تر از آبی است که از آن درست شده. برای همین تکه‌های یخ روی آب شناور می‌مانند، و برای همین بطری شیشه‌ای پر از آب در فریزر ممکن است بشکند.
تصویر: یک کوهِ یخ (تصویرسازی). یخ روی آب شناور می‌ماند، و حدودِ نُه‌دهمِ آن زیرِ آب است.
در خانه امتحان کنید
- یک تکه یخ را در بشقابی در اتاقی گرم بگذارید و یک تکه‌ی دیگر را در بشقابی در جایی سرد، مثل لبه‌ی پنجره در زمستان یا داخل یخچال.
- هر ده دقیقه سری به آن‌ها بزنید.
- وقتی یخِ جای گرم کاملاً آب شد، بشقابش را در فریزر بگذارید و چند ساعت بعد دوباره نگاهش کنید.
یخِ جای گرم زودتر آب می‌شود، چون گرمای بیشتری به آن می‌رسد. آب در فریزر دوباره یخ می‌زند: همان آب است که دوباره منجمد شده.
واژه‌های این درس
- ذوب شدن - تبدیل شدن جامد به مایع، وقتی گرم می‌شود
- منجمد شدن (انجماد) - تبدیل شدن مایع به جامد، وقتی سرد می‌شود
- نقطه‌ی ذوب - دمایی که جامد در آن ذوب می‌شود (برای یخ، صفر درجه‌ی سلسیوس)
- نقطه‌ی انجماد - دمایی که مایع در آن منجمد می‌شود (برای آب، صفر درجه‌ی سلسیوس)
ایده‌ی اصلی
ذوب و انجماد حالت ماده را عوض می‌کنند، نه خود ماده را: یخ و آب هر دو آب‌اند. وقتی گرما وارد جامد شود، جامد ذوب می‌شود؛ وقتی گرما از مایع بیرون برود، مایع منجمد می‌شود؛ و هر ماده این کار را در دمای خودش انجام می‌دهد.