التجميد والذوبان هو تغيير الحالة من سائل إلى صلب ومن صلب إلى سائل، تحدث هذه العملية لأي مادة كيميائية نقية عند درجة حرارة معينة، التجميد هو تغيير من حالة طاقة عالية إلى حالة طاقة أقل، حيث تتحرك الجزيئات بشكل أقل مع انخفاض درجة حرارتها، ويصبحون أكثر ترتيبًا وثباتًا في الشكل، وفي هذا المقال سنوضح ماهي المادة التي تتجمد بالحرارة
ماهي المادة التي تتجمد بالحرارة
يعد البيض من المواد التي تتجمد عند تعرضها لدرجة حرارة عالية، حيث يحتوي البيض على الزلال، وهو مزيج من البروتينات الكروية، تخضع هذه البروتينات الكروية للتمسخ الحراري، أي أنها تميل إلى التخثر عند تسخينها.
يحتوي الألبومين أو زلال البيض، على بروتينات تخضع لتغيرات كيميائية لا رجعة فيها عند تسخينها إلى ما بعد درجات حرارة التخثر، تُعرف العملية باسم التمسخ، وتنتج عن الترابط الكيميائي لخيوط البروتين في السلاسل الجزيئية.
لماذا يتجمد البيض عند تسخينه
- يعتبر البيض مصدرًا للبروتين، البروتين هو المسؤول عن جعل البيض قاسياً عند سلقه.
- البروتين عبارة عن سلسلة من الأحماض الأمينية، وهذه الأحماض الأمينية تتحد ببعضها البعض (الطريقة التي تحدد بها ثنية الأوتار الخصائص الكيميائية والبيولوجية للبروتين، يتم تثبيت البروتينات في مكانها عن طريق الروابط الضعيفة (غير التساهمية)، بين أجزاء مختلفة من الأمينو، عندما تكسر تلك الخيوط بطرق مختلفة فإنك تغير طبيعة البروتين.
- عند تسخين البيضة تكتسب البروتينات طاقة، وتهتز الروابط بين أجزاء سلاسل الأحماض الأمينية، ومع ارتفاع درجة الحرارة تكتسب البروتينات طاقة كافية لتشكيل روابط جديدة أقوى مع جزيئات البروتين الأخرى، مما يؤدي إلى تغير خصائصها وتحولها إلى الحالة الصلبة.
اقرأ أيضا: ما هو مقياس درجة الحرارة
عملية التجميد والذوبان
- التجميد هو التغيير الذي يحدث عندما يتحول السائل إلى مادة صلبة مع انخفاض درجة الحرارة، أما الذوبان هو التغيير المعاكس، من مادة صلبة إلى سائلة مع زيادة درجة الحرارة، وهما مثالان على التغيرات في حالات المواد.
- تتجمد المواد عند نفس درجة حرارة الذوبان تمامًا، نتيجة لذلك، يتم تعريف درجة الحرارة التي يتواجد السائل والصلب في حالة توازن على أنها نقطة الانصهار أو التجمد.
- عندما يكون الضغط في جو واحد، تُعرف درجة الحرارة هذه باسم نقطة التجمد (أو الانصهار) العادية، سيؤدي التغيير في الضغط إلى تغيير درجة الحرارة التي يحدث عندها التغيير في حالة المادة.
- سيؤدي انخفاض الضغط إلى تقليل درجة الحرارة، التي يحدث عندها وزيادة الضغط سيزيد من درجة الحرارة المطلوبة.
- على المستوى الأساسي، يمثل التجميد والذوبان تغيرات في مستويات طاقة جزيئات المادة قيد الدراسة.
- التجميد هو تغيير من حالة طاقة عالية إلى حالة طاقة أقل، حيث تتحرك الجزيئات بشكل أقل مع انخفاض درجة حرارتها، ويصبحون أكثر ترتيبًا وثباتًا في الشكل.
- بينما عندما تذوب مادة ما، يزداد متوسط مستوى الطاقة للجزيئات المكونة لها، وتتحرك الجزيئات بسرعة أكبر وبطريقة أقل تنظيماً في سائل منها في مادة صلبة.
- هذه الحرية الأكبر في الحركة هي التي تسمح للسائل بالتدفق ليلامس جدران الحاوية الخاصة به، بينما يتم تثبيت المادة الصلبة في شكل صلب، يُعرف هذا الاعتبار لطاقة الجزيئات بالنظرية الجزيئية الحركية.
اقرأ أيضا: اكتب ثلاثة تغيرات للحالة تمتص خلالها المادة الطاقة
كيف تحدث عملية التجمد
- تختلف درجة الحرارة التي تتجمد عندها المواد وتذوب باختلاف المواد الكيميائية، اللصيغة الكيميائية للمادة ليست بالضرورة مؤشرا حقيقيا على درجة التجمد أو الانصهار، يمكن أن يكون للمواد خواص فيزيائية مختلفة بما في ذلك نقاط التجمد والذوبان.
- وبالمثل، فإن وجود روابط هيدروجينية وقوى جذابة أخرى مثل، قوى فان دير فالس يمكن أن يؤثر على الترابط داخل المادة وبالتالي نقاط التجمد والانصهار.
- في حالة وجود أي قوى بين الجزيئات، يجب إضافة المزيد من الطاقة إلى النظام للتغيير من مادة صلبة إلى مادة سائلة، هذا لأنه يجب التغلب على الروابط بين الجزيئات، للسماح للجزيئات بالتحرك بحرية أكبر.
- هذا أقل من التغيير الذي يحدث من التغيير من السائل إلى الغاز، لأن الجزيئات لا تزال تلامس بعضها البعض في كل من السوائل والمواد الصلبة.
- كما يمكن أن يؤثر نقاوة المركب على درجة الحرارة التي يحدث عندها تغيير السائل الصلب، على سبيل المثال، تؤدي إضافة كلوريد الصوديوم (الملح الشائع)، أو ملح آخر إلى الماء إلى خفض درجة التجمد، وهذا هو سبب وضع الملح على الطرق لمنع تجمدها.
- المادة النقية لها درجة انصهار أو تجمد محددة، وتؤدي إضافة الشوائب إلى خفض درجة الحرارة هذه وتنشرها بحيث يكون هناك درجة انصهار أو تجمد أقل تحديدًا وأكثر انتشارًا، هذا يعني أنه يمكننا استخدام درجة التجمد أو الانصهار كمؤشر على نقاء المادة.
- عند ذوبان مادة صلبة بالتسخين أو تجميد سائل أثناء التبريد، تظل درجة الحرارة ثابت، وبالتالي، إذا تم رسم بياني لدرجة الحرارة مقابل الحرارة المضافة، فسيتم رؤية كتف أو هضبة تمثل نقطة التجمد أو الانصهار.
- في معظم المواد تكون المادة الصلبة أكثر كثافة من المرحلة السائلة، نتيجة لذلك، عند التجميد، ستغرق المادة الصلبة في قاع السائل.
كيف يؤثر التجميد على البيض
- يتكون البيض من جزأين – الصفار والأبيض – وكلاهما يتفاعل بشكل مختلف مع التجميد، إن تجميد وإذابة بياض البيض النيء، والذي يتكون في الغالب من الماء والبروتين، لا يسبب تغيرات ملحوظة في ملمسه بعد الطهي.
- ومع ذلك، قد يؤدي التجميد إلى تحسين قدرة بياض البيض على تكوين رغوة – وهي خاصية مهمة تُستخدم لإنشاء منتجات مخبوزة خفيفة ومتجددة الهواء. ماهي المادة التي تتجمد بالحرارة
- وجدت إحدى الدراسات أن تجميد بياض البيض تسبب في تغيير طبيعة بعض البروتينات أو فقدان شكلها، نتيجة لذلك، كان لبياض البيض الذي تم تجميده ثم إذابته خصائص رغوة أكبر.
- في المقابل، عندما يتم تجميد صفار البيض النيء، فإنه يكوّن قوامًا سميكًا يشبه الهلام، يشار إلى هذا باسم الجل، وتشير الأبحاث إلى أنه نتيجة لتكوين بلورات الجليد في صفار البيض.
المراجع
