نقطه انجماد هر ماده نقطه انتقال مایع به جامد را توصیف می کند. مایعات را می‌توان فراتر از نقطه انجماد خود فوق‌العاده خنک کرد تا تا زمانی که بسیار زیر نقطه انجماد قرار نگیرد، جامد نشوند. نقطه‌انجماد آب ۰ درجه سانتی گراد یا ۳۲ درجه فارنهایت است.

در صورت بروز سرمایش فوق العاده، ممکن است دما کمتر شود. اگر ناخالصی هایی در آب وجود داشته باشد ممکن است باعث کاهش بیشتر نقطه‌انجماد شود.

نقطه انجماد چیست؟

نقطه‌انجماد آب صفر درجه سانتی گراد یا ۳۲ درجه فارنهایت است. می توان گفت صفر درجه نقطه ای است که آب با همان سرعتی که در حال انجماد است در حال ذوب شدن است. در واقع در درجه صفر، مولکول های آب بسیار آهسته حرکت می کنند و تشکیل جامد یعنی یخ شروع می شود.

چه عواملی نقطه انجماد را کاهش می دهند؟

پس از رسیدن به تعادل در صفر درجه، یخ، دست نخورده، یخ باقی می ماند. اما اگر هر ماده خارجی مانند نمک به یخ اضافه شود، مولکول های آب نمی توانند به این سرعت به یخ بچسبند.

از این رو نقطه انجماد یعنی سرعت تشکیل یخ کاهش می یابد. اما بر سرعت ذوب آن تأثیر نمی گذارد. بنابراین یخ با سرعت کمتری تشکیل می شود و نمک روند را مختل می کند و ذوب شدن ادامه می یابد. آب قبل از اینکه یخ بیشتری تشکیل دهد شروع به ذوب شدن می کند.

مقداری که می توانیم نقطه‌انجماد آب را کاهش دهیم، بسته به غلظت املاحی است که اضافه می کنیم. اما ما نمی توانیم نقطه‌انجماد را به طور نامحدود کاهش دهیم.

در واقع نقاط صفر مقیاس فارنهایت یعنی -۱۷.۸ درجه سانتی گراد به عنوان دمای انجماد محلول اشباع آب نمک تعریف می شود. بنابراین صفر درجه فارنهایت کمترین دمایی است که می توانید نقطه ذوب آب را با نمک پایین بیاورید.

نمک تنها راه کاهش نقطه‌انجماد نیست. الکل و شکر از جمله بسیاری از مواد رایج دیگر هستند که همین اثر را خواهند داشت. ما از نمک برای کمک به ذوب یخ در سفر به مناطق کوهستانی استفاده می کنیم زیرا ارزان و فراوان است.

چگونه نقطه انجماد را افزایش دهیم؟

کاهش نقطه‌انجماد آب آسان است. از طرف دیگر رفتن در جهت مخالف و بالا بردن دمای انجماد آب بسیار مشکل است. همچنین برخی از دانشمندان در انجام آن تردید دارند. اگرچه ممکن است درست باشد که نمی ‌توانیم نقطه انجماد را با افزودن یک املاح افزایش دهیم، اما دانشمندان راه‌های دیگری را برای نقطه انجماد آب فوق ‌سرد شده کشف کرده‌اند.

یکی از آنها استفاده از الکتریسیته و دیگری با افزودن الکل یا تستوسترون است. چنین روش هایی فقط با آب خالص کار می کنند. افزودن الکل به آب رفتار آن را تغییر می دهد. هنگامی که آب سرد می شود، الکل ساختارهای شش ضلعی یخ مانند را تشکیل می دهد. سپس قطرات آب در اطراف همه اینها به هم می پیوندند و آزادانه در اطراف یکدیگر شناور می شوند.

این ساختار شش ضلعی همان نوع پایداری ناشی از ناخالصی های جامد را فراهم می کند. با افزودن الکل، دانشمندان دریافته اند که می توانند نقطه انجماد آب خالص را تا صفر درجه سانتی گراد افزایش دهند. همچنین می توانیم از برق برای بالا بردن نقطه‌انجماد آب استفاده کنیم. دانشمندان اسرائیلی روش متفاوتی را برای افزایش دما با استفاده از برق امتحان کردند.

نقطه انجماد چیست و چه عواملی بر آن تاثیر می گذارند؟

آیا آب نقطه ذوب و انجماد یکسانی دارد؟

برای برخی از مواد، نقطه ذوب برابر یا همان نقطه‌انجماد آن است. با این حال، برای مخلوط ها و ترکیبات آلی، نقطه‌انجماد کمتر از نقطه ذوب است. نقطه ذوب هر ماده تا حد زیادی به فشار اتمسفر استاندارد بستگی دارد در حالی که فشار فقط تأثیر کمی بر نقطه انجماد یک ماده دارد.

آب یک ماده خالص است. نقطه ذوب و انجماد یکسانی دارد. اما هنگامی که با مواد دیگر مخلوط می شود، نقطه ذوب یا انجماد کمتری دارد. همچنین نقطه ذوب یک ماده به عنوان مبنایی برای شناسایی مواد و ترکیبات خالص عمل می کند.

اهمیت نقطه انجماد

نقاط انجماد یکی از ملاحظات مهم ایمنی شغلی است. اگر ماده ای در زیر نقطه‌انجماد خود نگهداری شود، ممکن است کم و بیش خطرناک شود. علاوه بر این، نقطه انجماد یک معیار ایمنی مهم برای در نظر گرفتن اثرات قرار گرفتن کارگران در محیط های سرد فراهم می کند.

هنگام در نظر گرفتن ایمنی مواد شیمیایی، نقطه انجماد نیز مطرح می شود. تولیدکنندگان و واردکنندگان مواد شیمیایی باید نقطه انجماد مواد شیمیایی را در همه برگه ‌های داده ایمنی (SDS) در همه حوزه‌های قضایی که با استاندارد هماهنگ جهانی مطابقت دارند (مانند اتحادیه اروپا و ایالات متحده) نشان دهند.

آگاهی از نقطه‌انجماد یک ماده شیمیایی می تواند برای جابجایی ایمن آن مهم باشد. به عنوان مثال، اسید اکریلیک در دمای ۱۳ درجه سانتیگراد و ۵۵ درجه فارنهایت منجمد می شود. نوع تجاری اسید اکریلیک معمولاً حاوی یک بازدارنده برای جلوگیری از واکنش های ناخواسته است.

نگهداری آن در زیر نقطه انجماد بخشی از اسید را از بازدارنده جدا می کند و اگر دمای ماده شیمیایی بالاتر از نقطه انجماد باشد، قسمت مهار نشده اسید ممکن است به شدت واکنش نشان دهد. پراکسیدهای آلی محلول در آب یا سایر حلال‌ ها ممکن است در صورت نگهداری در زیر نقطه‌انجماد، به کریستال‌های ناپایدار تبدیل شوند. این کریستال ها می توانند بسیار حساس به شوک باشند و ممکن است خطر انفجار داشته باشند.

نقطه‌انجماد آب (۰℃/۳۲ درجه فارنهایت) یک معیار مهم برای کارگران در محیط های سرد است. مرکز بهداشت و ایمنی شغلی توصیه می ‌کند که تجهیزات فلزی باید با مواد عایق حرارتی طراحی شوند تا در صورت استفاده در محیط‌ های زیر یخبندان از تماس پوست با فلز بالقوه خطرناک محافظت کنند.

علاوه بر این، سرپناه های گرمایشی باید در دسترس کارگران باشد و کار باید با سرعت انجام شود تا از تعریق بیش از حد جلوگیری شود. اثر خنک کننده عرق می تواند خطر قرار گرفتن در معرض کارگران را تشدید کند و خطر انجماد پوست در تماس با فلزات را افزایش دهد. به همین دلیل توصیه می‌ شود که دما هر چهار ساعت یک‌بار در محیط ‌های زیر انجماد کنترل شود.