يفسر الفرق بين عمليات الاندماج والتجميد حقيقة أن المادة لها أربع حالات متميزة، بما في ذلك الحالة الصلبة والسائلة والغازية والبلازما.
نراجع اليوم أهم حالتين للمادة، الاندماج والتجميد، وهما حالتان متعاكستان بسبب الاختلاف الكبير في الخواص الكيميائية والفيزيائية بينهما، وهو ما سنشرحه أدناه.
عملية الاندماج وتفسيرها
إن عملية الاندماج هي إحدى العمليات الفيزيائية الشائعة في عالمنا ونراها بأعيننا طوال الوقت، وهي تغيير مادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وذلك عن طريق تعريض المادة إلى درجة حرارة معينة. تغيير حالته من صلب إلى سائل.
مع ارتفاع درجة الحرارة، تتحول المادة تدريجياً من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وهي ما يسمى بنقطة الانصهار، حيث يتغير شكلها الفيزيائي وخواصها الكيميائية، وتنفصل الشوائب عن المواد النقية للمادة، وبعد الذوبان. عن طريق زيادة درجة الحرارة، تتحول المادة إلى حالة تحلل الجزيئات.
على سبيل المثال، عندما تضع قطعة من الرصاص في إناء وتسخنها، يذوب الرصاص ويتحول إلى سائل، وهناك فرق كبير بين الذوبان والذوبان.
أنظر أيضا: ما هي نقطة انصهار الجليد؟
ما الذي يؤثر على درجة الانصهار؟
هناك العديد من المؤثرات في عملية الاندماج تحدد درجة الحرارة المطلوبة للاندماج، ونلاحظ ما يلي:
- يؤثر حجم الجسيمات في مادة التضمين على الاندماج، فكلما كان حجم الجسيم أصغر للمادة، انخفضت درجة الحرارة المطلوبة للمادة حتى تلتحم، والعكس صحيح، فكلما زاد حجم الجسيمات للمادة، زادت درجة الحرارة المطلوبة للاندماج، لتفكك الجزيئات الكبيرة.
- بالنسبة للمركبات الأيونية، فإنها تحتاج إلى نقاط انصهار عالية لأن الروابط بين المركبات قوية ودرجات حرارة عالية ضرورية لتحللها.
- في حالة المركبات العضوية، يؤدي الارتباط الهيدروجيني إلى ارتفاع نقطة الانصهار.
- تتطلب المواد التي تحتوي على روابط قطبية درجة حرارة انصهار أعلى من المركبات غير القطبية.
عملية التبريد وتفسيرها
التجميد هو عملية فيزيائية تتغير فيها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة عن طريق خفض درجة الحرارة للوصول إلى نقطة التجمد.
التعريف الشائع هو مرحلة تصلب السائل، أو التغيير في محتوى السائل لمادة ما، لأن انخفاض نسبة السوائل في مادة ما يعني أنها وصلت إلى حالة التجمد أو الحالة الصلبة.
تتجمد معظم السوائل من خلال عملية تسمى التبلور، وخلال عملية التبلور، عندما تنخفض درجة الحرارة، تبرد بلورات المادة وتتحول إلى شكل صلب، وتتحول إلى حالة صلبة للجسم كله.
مثل خفض درجة حرارة النحاس السائل، فإنه يتجمد في كتلة صلبة، ويؤدي سكب الماء في كوب إلى خفض درجة الحرارة إلى مرحلة التجمد، ويتحول إلى قطعة من الثلج.
ما هي نقطة التجمد؟
تصل السوائل إلى مرحلة التجمد في وقت معين وفي نقطة معينة تسمى نقطة التجمد، لأن هناك نقطة انصهار عند الذوبان.
إنه المكان الذي تتحول فيه المادة إلى حالة سائلة، وتختلف نقطة التجمد من مادة إلى أخرى لأن كل مادة تحتاج إلى درجة حرارة منخفضة معينة للوصول إلى حالتها الصلبة.
تختلف درجة الحرارة باختلاف تركيبة المادة الداخلية ونسبة الشوائب فيها، مما يجعل وقت التبريد مختلفًا بين المواد المختلفة.
وتعمل حالة التجميد بحيث تنفصل المواد تدريجياً لتصل إلى مرحلة التجميد.
العلاقة بين درجة انصهار مادة صلبة ونقطة تجمد السائل
من الملاحظ بعد العديد من الدراسات عن الخواص الكيميائية والفيزيائية للمواد أن درجة انصهار المواد هي نفس درجة التجمد.
في حالة وجود بعض العوامل في تكوين المادة، هناك اختلافات طفيفة، على سبيل المثال، الشوائب التي تتداخل مع بعض العمليات وتتطلب وقتًا معينًا.
على سبيل المثال، يذوب الزجاج عند درجة حرارة عالية مما يقلل من اللزوجة، ويكون انتقال الزجاج من حالته الصلبة إلى سائل تدريجيًا، وليس دفعة واحدة، وفي بعض الحالات، تكون السوائل أكبر من المواد المتبلورة، وهذه بعض الحالات الشاذة، و هذه. ينتج عنه معدل انصهار الزجاج.
تجميد الكائنات الحية
إحدى الظواهر الطبيعية التي لاحظها العلماء والباحثون واكتشفوها بمرور الوقت هي تجميد الكائنات الحية لأن الكائنات الحية يمكن أن تتحمل درجات الحرارة المنخفضة لفترات طويلة من الزمن.
حيث توجد كمية من البروتين والجلوكوز داخل أجسامهم تحميهم من خطر التجمد، ونلاحظ على سبيل المثال ما يلي:
- البكتيريا هي واحدة من الكائنات الحية التي يمكنها تحمل التجمد، حيث وجد أن العديد من الأنواع تعيش آلاف السنين من التجمد.
- هناك بعض أنواع النباتات التي لديها القدرة على الحفاظ على نفسها في حالة التجميد.
- تسمى الحالة التي تكون فيها في درجات حرارة منخفضة حالة التصلب، ويمكن أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى -12 درجة مئوية، ثم تتجمد.
- بالنسبة للحيوانات، هناك بعض أنواع الديدان التي يمكنها تحمل التجمد.
- والعودة للحياة بعد 44 أسبوعًا كحد أقصى.
- هناك بعض الزواحف والبرمائيات الشاذة التي عادت للحياة بعد تجميدها لآلاف السنين.
انظر أيضًا: نقطة انصهار النحاس الأحمر
خصائص التجميد في الأطعمة
بناءً على الخصائص العديدة للتبريد، وجد الباحثون طرقًا عديدة للاستفادة منه في حفظ الطعام، وقد تم استخدام هذه الأساليب في القرون الماضية.
وقد فعل الإنسان ذلك غريزيًا، دون دراسة، ومن مزايا التجميد أنه يوقف عمل الكائنات الحية.
يتوقف عن النمو، لذلك تتوقف البكتيريا عن العمل ولا تستطيع تكسير الطعام.
ابتكر عالم بريطاني طريقة لتجميد الطعام عن طريق غمره في محلول ملح ثلجي.
لم يتم اعتماد هذه العملية بسبب صعوبتها وصعوبة تطبيقها، ثم جاء التبريد الميكانيكي.
يتم قبوله على نطاق واسع في صناعة الأغذية والأغذية.
استخدام التبريد في الصناعات الغذائية
- لقد استخدمته العديد من شركات اللحوم والأغذية المعلبة بشكل فعال في عملية تجميد اللحوم.
- وتم تجميد الأسماك والدواجن والخضروات وأول شحنة لحوم مجمدة تمت عام ميلادي. في لندن عام 1868 وكانت النتائج جيدة جدًا.
- تمكنت الشركات من إنتاج شاحنات عملاقة تحتوي على أحدث طرق التبريد.
- يجب استخدام هذا في نقل الغذاء من الدول الصناعية إلى الدول المستهلكة دون إفساد ما بداخلها.
- تعتمد الشركات بشكل أساسي على منتجات اللحوم والدواجن.
- وقد وصلت درجة حرارة الصقيع في هذه الشاحنات من صفر إلى عشر إلى عشرين درجة.
- إنه استحالة نمو البكتيريا الضارة فيه، ولهذا السبب نجح في الحفاظ على خصائص المنتج، خاصة بعد ذبح اللحم مباشرة.
- ثم عملت العديد من الشركات على استخدام التجميد في المحاصيل الزراعية لإعدادها مباشرة من التنظيف.
- في أكياس وعبوات مناسبة للاستهلاك الفوري وحصدت الكثير من المكاسب المالية.
- بالإضافة إلى تجميد الفواكه والخضروات الموسمية المستخدمة في بعض الصناعات لتقليل تكاليف المنتج.
- تكلف الفواكه والخضروات أقل عند قطفها من شرائها خارج الموسم.
أنظر أيضا: نقطة تجمد الماء في النظام الدولي
في هذا الموضوع، قمنا بتغطية الكثير من المعلومات حول عمليات الذوبان والتجميد مع العديد من الأمثلة.
تم عرض حالات مختلفة من الذوبان والتجميد في صناعة الأغذية وأول تطبيق للتجميد.
بعض الكائنات الحية تتحمل التجمد وتعود للحياة بعد اكتشافها وفوائد التجميد للصناعات الغذائية واللحوم والأسماك.