ذوبان

الانصهار ، أو الذوبان ، عملية فيزيائية تؤدي إلى تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة . يحدث هذا عندما تزداد الطاقة الداخلية للمادة الصلبة، عادةً بتطبيق الحرارة أو الضغط ، مما يرفع درجة حرارة المادة إلى نقطة الانصهار . عند نقطة الانصهار، يتفكك ترتيب الأيونات أو الجزيئات في المادة الصلبة إلى حالة أقل انتظامًا، فتنصهر المادة الصلبة لتصبح سائلة.

تتميز المواد في الحالة المنصهرة عموماً بانخفاض لزوجتها مع ارتفاع درجة الحرارة. ويُستثنى من هذه القاعدة الكبريت العنصري ، الذي تزداد لزوجته في نطاق 130  درجة مئوية إلى 190  درجة مئوية نتيجةً لعملية البلمرة . ^{[ 1 ]}

تنصهر بعض المركبات العضوية عبر الأطوار الوسطية ، وهي حالات من الترتيب الجزئي بين الحالة الصلبة والسائلة.

من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، عند نقطة الانصهار ، يكون التغير في طاقة غيبس الحرة ∆G للمواد صفرًا، ولكن هناك تغيرات غير صفرية في المحتوى الحراري ( H ) والإنتروبيا ( S )، والمعروفة على التوالي باسم محتوى حرارة الانصهار (أو الحرارة الكامنة للانصهار) وإنتروبيا الانصهار . ولذلك، يُصنف الانصهار على أنه انتقال طور من الدرجة الأولى . يحدث الانصهار عندما تصبح طاقة غيبس الحرة للسائل أقل من طاقة غيبس الحرة للصلب لنفس المادة. وتعتمد درجة الحرارة التي يحدث عندها ذلك على الضغط المحيط.

يُعدّ الهيليوم ذو درجة الحرارة المنخفضة الاستثناء الوحيد المعروف للقاعدة العامة. ^{[ 2 ]} يتميز الهيليوم-3 بمحتوى حراري سالب للانصهار عند درجات حرارة أقل من 0.3 كلفن. كما يتميز الهيليوم-4 بمحتوى حراري سالب طفيف جدًا للانصهار عند درجات حرارة أقل من 0.8 كلفن. وهذا يعني أنه عند ضغوط ثابتة مناسبة، يجب إزالة الحرارة من هذه المواد لصهرها. ^{[ 3 ]}

من بين المعايير النظرية للانصهار، تعد معايير ليندمان ^{[ 4 ]} وبورن ^{[ 5 ]} هي الأكثر استخدامًا كأساس لتحليل ظروف الانصهار.

ينص معيار ليندمان على أن الانصهار يحدث بسبب "عدم الاستقرار الاهتزازي"، أي انصهار البلورات ؛ عندما يكون متوسط ​​سعة الاهتزازات الحرارية للذرات مرتفعًا نسبيًا مقارنةً بالمسافات بين الذرات، على سبيل المثال < δu² > ^1/2 > δL _/ Rs _، حيث δu هي الإزاحة الذرية، ومعامل ليندمان δL ≈ 0.20...0.25، و ^Rs _هي نصف المسافة بين الذرات. ^{[ 6 ] : 177} يدعم معيار ليندمان للانصهار بيانات تجريبية لكل من المواد البلورية وانتقالات _الحالة الزجاجية-السائلة في المواد غير المتبلورة.

يعتمد معيار بورن على كارثة الصلابة الناتجة عن تلاشي معامل القص المرن، أي عندما لا تعود البلورة تتمتع بصلابة كافية لتحمل الحمل ميكانيكيًا، فإنها تصبح سائلة. ^{[ 7 ]}

في ظل ظروف قياسية، تُعدّ درجة انصهار المادة خاصية مميزة لها. وغالبًا ما تتساوى درجة الانصهار مع درجة التجمد . مع ذلك، في ظل ظروف مُهيأة بعناية، قد يحدث تبريد فائق أو تسخين فائق يتجاوز درجة الانصهار أو التجمد. فالماء على سطح زجاجي نظيف جدًا غالبًا ما يبرد تبريدًا فائقًا عدة درجات تحت درجة التجمد دون أن يتجمد. وقد تم تبريد مستحلبات دقيقة من الماء النقي إلى -38  درجة مئوية دون تكوّن نوى جليدية . ^{[ 8 ]} يحدث التكوّن النوى نتيجةً لتقلبات في خصائص المادة. إذا بقيت المادة ثابتة، فغالبًا لا يوجد ما يُحفّز هذا التغيير (مثل الاهتزاز الفيزيائي)، وقد يحدث التبريد الفائق (أو التسخين الفائق). من الناحية الديناميكية الحرارية، يكون السائل فائق التبريد في حالة شبه مستقرة بالنسبة للطور البلوري، ومن المرجح أن يتبلور فجأة.

الزجاج مواد صلبة غير متبلورة ، تُصنع عادةً عندما تبرد المادة المنصهرة بسرعة كبيرة إلى ما دون درجة حرارة التحول الزجاجي، دون وقت كافٍ لتكوّن شبكة بلورية منتظمة. تتميز المواد الصلبة بدرجة عالية من الترابط بين جزيئاتها، بينما تتميز السوائل بترابط أقل بين وحداتها البنائية. يمكن أيضًا اعتبار انصهار المادة الصلبة بمثابة ترشيح عبر روابط مكسورة بين الجزيئات، مثل الروابط الرابطة. ^{[ 9 ]} في هذا السياق، يحدث انصهار المادة غير المتبلورة عندما تُشكّل الروابط المكسورة مجموعة ترشيح، حيث تعتمد درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg ₎ على المعاملات الديناميكية الحرارية شبه المتوازنة للروابط، مثل إنثالبي ( Hd ₎ وإنتروبيا ( _Sd ) تكوين الروابط في نظام معين في ظروف معينة. ^{[ 10 ]}

${\displaystyle T_{g}={\frac {H_{d}}{S_{d}+R\ln({\frac {1-f_{c}}{f_{c}}})}},}$

حيث f _c هي عتبة الترشيح و R هو ثابت الغازات العام.

على الرغم من أن H _d و S _d ليسا معلمات ديناميكية حرارية حقيقية للتوازن ويمكن أن يعتمدا على معدل تبريد المصهور، إلا أنه يمكن إيجادهما من البيانات التجريبية المتاحة حول لزوجة المواد غير المتبلورة .

حتى عند درجات حرارة أقل من درجة انصهارها، يمكن ملاحظة أغشية شبه سائلة على الأسطح البلورية. ويعتمد سمك هذه الأغشية على درجة الحرارة. هذه الظاهرة شائعة في جميع المواد البلورية. ويظهر تأثير هذه الحالة شبه السائلة قبل الانصهار في ظواهر مثل تمدد الصقيع، ونمو رقاقات الثلج، وربما حتى في حركة الأنهار الجليدية ، مع الأخذ في الاعتبار حدود الحبيبات .

في فيزياء النبضات فائقة القصر ، قد يحدث ما يُسمى بالانصهار غير الحراري. لا يحدث هذا الانصهار نتيجةً لزيادة الطاقة الحركية الذرية، بل نتيجةً لتغيرات الجهد بين الذرات بسبب إثارة الإلكترونات. ولأن الإلكترونات تعمل كغراء يربط الذرات ببعضها، فإن تسخينها بواسطة ليزر الفيمتو ثانية يُغير خصائص هذا "الغراء"، مما قد يؤدي إلى كسر الروابط بين الذرات وانصهار المادة حتى دون ارتفاع درجة حرارة الذرات. ^{[ 11 ]}

في علم الوراثة ، يعني فصل الحمض النووي المزدوج إلى سلسلتين مفردتين عن طريق التسخين أو استخدام عوامل كيميائية، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل .

• قائمة العناصر الكيميائية التي تحدد نقاط الانصهار
• مخطط الطور
• انصهار المناطق

• تعريف كلمة " melting" في قاموس ويكشنري