تتحول جميع المعادن لسائل في بعض درجات الحرارة.
حدوث هذا التحول يمكن أن يكون مفيدًا …
عندما نطلق على شخص ما «زئبقي»، فإننا نستشهد بالإله الروماني ميركوري ذي الحركات الخاطفة من مكان لآخر ليعطينا الصفة التي تعني «غير منتظم أو متطاير».
كما قدم اسمه إلى الزئبق المعدني، وهو سائل فضي سريع (معروف لدينا بشكل أكبر من خلال دوره في موازين الحرارة).
يقول كريغ كارتر، أستاذ علوم المواد والهندسة أنه على الرغم من معرفتنا بمعظم المعادن في حالتها الصلبة، إلا أن كل منهم ينصهر أيضًا إذا أصبح ساخنًا بما فيه الكفاية.
تنصهر بعض المعادن في درجات حرارة أقل من غيرها.
القصدير يصبح سائل عند درجة 231.8 سيليزيوس (447.8 فهرنهايت)؛ في الطرف الآخر من السلسلة، التنجستن لديه أعلى نقطة انصهار من أي معدن: 3,422 سيليزيوس (6,192 فهرنهايت).
بينما يقع الزئبق في مكان ما في الوسط، مما يبقيه في حالة سائلة حتى تنخفض درجة حرارته إلى -40 درجة.
وأوضح كارتر أن المعدن يتكون من ذرات تمتلئ فيما بينها بالروابط وما يحدد نقطة الانصهار يتعلق بالطاقة المصاحبة لهذه الروابط.
عملية تكوين الروابط تتحول فيها جزء من الطاقة الحركية إلى طاقة الرابطة.
طاقة الرابطة في الزئبق ضعيفة جدًا، لذلك فإنها تميل للتشتت في درجات الحرارة المنخفضة.
«لنفكر في الطاقة الحركية لكرة بيسبول ملقاة»، يقترح كارتر أن «العمل الذي يقوم به الرامي لقذف الكرة نُقِلَ إلى السرعة، جزء من المعادلة يستخدم لقياس الطاقة الحركية.
الآن تخيل العديد من الكرات المجهرية لا تتحرك سويًا بسرعة واحدة، ولكن في اتجاهات عشوائية، لكل منها طاقتها الحركية، فكلما ارتفعت درجة الحرارة تتحرك بشكل أسرع وأكثر عشوائيةً».
تتصرف الذرات التي تشكل المعدن بنفس الطريقة: مع ارتفاع درجات الحرارة، يتم تفعيلها بواسطة الطاقة الحركية.
كان هذا هو السبب وراء استخدام مقياس الحرارة الزئبقي القديم، ففي يوم صيفي حار، تحركت الذرات في الزئبق بشكل أسرع وأسرع متصادمةً مع بعضها البعض، وزادت المسافات بينها مما تسبب في ارتفاع الزئبق داخل أنبوبة ميزان الحرارة.
وعلى العكس من ذلك، عندما يبرد الزئبق، تقل المسافات بين الذرات، وتتوقف عن الحركة على نحو شديد ليصبح الزئبق صلبًا.
يقول كارتر: «السوائل أقل تنظيمًا من المواد الصلبة، لذا في درجات الحرارة المنخفضة، تميل المواد الصلبة إلى أن تكون المفضلة، بينما في درجات الحرارة المرتفعة تميل السوائل إلى أن تكون المفضلة ويتحول النظام إلى الحالة السائلة».
رفع الحرارة أكثر يتسبب في التحول لحالة غازية ذات انتظام وطاقة ترابط أقل.
يولّي علماء المواد والمعادن ومهندسي الميكانيك اهتمامًا وثيقًا لدرجات انصهار المعادن المختلفة، كما يفعل مهندسي الكهرباء عندما يقومون بصهر السيليكون إلى بلورات لعمل أشباه الموصلات.
وينصح كارت قائلًا «إذا كنت ترغب في معالجة المواد، فإنك تحتاج إلى معرفة كيف تتصرف المعادن في درجات الحرارة المختلفة».
وأضاف أنه بصفة عامة، فإن إضافة مادة أخرى إلى معدن ما يتسبب في انخفاض درجة انصهاره وتغير سلوكه.
أي شخص لديه حشوة ملغمية في واحدة من ضروسه هو مثال للسير على هذا المفهوم.
وتابع قائلًا «قبل ظهور الحشوات المركبة من الراتنج، كان أطباء الأسنان يملؤون التجاويف بمادة ذات درجة انصهار منخفضة جدًا».
في حين أن الزئبق وحده ربما يسيل بسرعة في فم المريض، لكن بخلطه مع الفضة، القصدير، النحاس والمعادن النادرة الأخرى ينتج المواد الترميمية التي ستظل صلبة حتى خلال وجبة من القهوة الساخنة والبطاطس الخارجة مباشرةً من الفرن.
- ترجمة: عمرو الجابري
- تدقيق: رؤى درخباني
- تحرير : رغدة عاصي
- المصدر
