Donma, bir maddənin maye haldan bərk vəziyyətə keçidini göstərən maraqlı fiziki prosesdir. Bu çevrilmə mayenin temperaturu donma nöqtəsindən aşağı düşdükdə baş verir. Donma nöqtəsi, hissəciklərin kinetik enerjisinin onları bir-birinə çəkən cazibədar qüvvələrin öhdəsindən gəlmək üçün kifayət etmədiyi və bərk vəziyyət kimi tanınan daha strukturlaşdırılmış bir quruluşa səbəb olduğu temperaturdur.
Molekulyar səviyyədə maddə daim hərəkətdə olan atom və molekullardan ibarətdir. Maye vəziyyətdə bu hissəciklər sərbəst hərəkət edir, lakin molekullararası qüvvələr səbəbindən yaxın qalırlar. Temperatur azaldıqca bu hissəciklərin kinetik enerjisi də azalır. Maye donma nöqtəsinə çatdıqda, hissəciklər bir-birinin yanından keçmək üçün kifayət qədər enerjiyə sahib deyil və nəticədə bərk cisim meydana gətirən qəfəs quruluşu yaranır.
Fərqli maddələrin fərqli donma nöqtələri var. Məsələn, su standart atmosfer təzyiqi altında 0°C-də (32°F) donur. Bununla belə, donma nöqtəsi təzyiqi dəyişdirməklə və ya suda duzlar və ya şəkərlər kimi çirklərin olması ilə dəyişdirilə bilər. Çirklərin məhlulun donma nöqtəsini aşağı saldığı fenomen donma nöqtəsinin depressiyası kimi tanınır.
Su kontekstində, ona duz əlavə etmək donma nöqtəsini aşağı salır, bu prinsip qışda yolların buzdan təmizlənməsində geniş istifadə olunur. Duz hissəcikləri buz quruluşunun əmələ gəlməsinə mane olur, beləliklə suyun dondura biləcəyi temperaturu aşağı salır.
Faza diaqramı müxtəlif temperatur və təzyiqlərdə maddənin (bərk, maye və ya qaz) vəziyyətini göstərən qrafik təsvirdir. Faza diaqramında bərk və maye bölgələri ayıran xətt ərimə/donma xətti kimi tanınır. Bu xəttin atmosfer təzyiqində təzyiq oxu ilə kəsişdiyi nöqtə maddənin standart donma nöqtəsini göstərir.
Faza diaqramları təzyiq və donma nöqtəsi arasındakı əlaqəni vurğulayır. Əksər maddələr üçün təzyiqin artırılması donma nöqtəsini artırır. Lakin su özünəməxsus xüsusiyyətlərinə görə bu qaydadan istisnadır. Su sıxıldıqda maye halına gəlir, beləliklə, daha yüksək təzyiqlər altında donma nöqtəsini aşağı salır. Bu anormal davranış maye sudan daha az sıx olan buzun quruluşu ilə əlaqədardır.
Dondurma prosesi zamanı maddənin temperaturu bütün maye bərk hala çevrilənə qədər sabit qalır. Bu sabit temperatur ona görə saxlanılır ki, molekullar bərk struktura qoşulduqda ayrılan enerji kinetik enerji itkisini kompensasiya edir. 1 kiloqram maddəni donma nöqtəsində maye haldan bərk hala gətirmək üçün tələb olunan enerji miqdarı ərimənin gizli istiliyi kimi tanınır. Su üçün bu dəyər hər kiloqrama təxminən 334.000 Joul təşkil edir ( \(334 kJ/kg\) ).
Dondurma müxtəlif təbii və sənaye proseslərində həlledici rol oynayır:
Gündəlik həyatda suyun buz halına salınması bizə bu fiziki prosesin sadə, lakin təsirli nümunələrini təqdim edir. Qışda bitkilərdə şaxta və ya göllərdə buz kimi ətraf mühitdə buzun əmələ gəlməsi donmanın landşaftları və ekosistemləri necə dəyişdirə biləcəyini nümayiş etdirir. Bundan əlavə, dondurucuda buz kublarının hazırlanması ilə bağlı ümumi məişət fəaliyyəti istilik enerjisinin ötürülməsi vasitəsi kimi dondurmağı nümayiş etdirir, burada maye su dondurucunun daha soyuq mühitinə istilik itirir və tədricən bərk buz əmələ gətirir.
Donma nöqtəsi depressiyası anlayışını göstərən təcrübə duzun buzla qarışdırılmasını nəzərdə tutur. Buza (bərk suya) duz əlavə edildikdə, buzla təmasda olan suyun donma nöqtəsini aşağı salır. Bu fenomen buz və duz qarışığını bir qaba yerləşdirməklə və buzun duzsuz eyni şəraitdə olduğundan daha tez necə əridiyini qeyd etməklə müşahidə edilə bilər. Bu təcrübə çirklərin (bu halda duz) maddənin donma nöqtəsinə necə təsir etdiyini vurğulayır.
Donma təkcə elmi maraq doğuran bir hadisə deyil, həm də ətraf mühitə əhəmiyyətli təsirləri olan bir prosesdir. Qütblərdə buzun əmələ gəlməsi günəş işığını kosmosa geri əks etdirərək Yerin iqlimini tənzimləyir və beləliklə, planetin temperaturunu yaşana bilən diapazonlarda saxlayır. Bundan əlavə, soyuq bölgələrdə yer buzunun mövsümi donması və əriməsi ekosistemin qorunması üçün həyati əhəmiyyət kəsb edir, çünki onlar torpağın strukturuna, suyun mövcudluğuna və qida maddələrinin paylanmasına təsir göstərir.
Dondurma texnologiyaları qida konservindən tutmuş təbabətə qədər müxtəlif sahələrdə tətbiqlər tapmaq üçün əhəmiyyətli dərəcədə inkişaf etmişdir. Bununla belə, enerji istehlakını azaltmaq üçün dondurma proseslərinin optimallaşdırılması və kriokonservasiya zamanı bioloji toxumaların zədələnməsinin qarşısını almaq üçün metodların işlənib hazırlanması kimi problemlər qalmaqdadır. Materialşünaslıq və termodinamika sahəsindəki irəliləyişlər həm təbii, həm də mühəndis sistemlərində dondurma prosesinin başa düşülməsinin davam edən aktuallığını və əhəmiyyətini vurğulayaraq daha səmərəli və effektiv dondurma üsullarına töhfə verməkdə davam edir.
Dondurma həyatın və elmin müxtəlif sahələrində geniş təsirləri olan fundamental fiziki prosesdir. Dondurmanın arxasında duran prinsipləri başa düşmək - temperaturun, təzyiqin və çirklərin mayedən bərkə çevrilməsi halına təsiri - təbii hadisələr, sənaye tətbiqləri və gündəlik həyatımıza və qlobal ətraf mühitə təsir edən texnologiyaların inkişafı haqqında dəyərli fikirlər təmin edir.
