العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان

بواسطة: - آخر تحديث: ١١:٥٥ ، ٣٠ يوليو ٢٠١٩
العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان

درجة الغليان

يُشير مفهوم درجة حرارة الغليان إلى درجة الحرارة التي تتحوّل عندها حالة المادّة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازيّة، كما يُمكن تعريف درجة الغليان بأنّها درجة الحرارة التي يُمكن أن تُصبح عندها المادة السّائلة أو الغازيّة في حالة توازن، فعندما يتعرّض السائل للحرارة ترتفع درجة حرارته حتّى يُصبح ضغط البُخار الخاص بالسائل مساويًا لضغط الغازات المُحيطة، وعند وصول السائل إلى هذه النقطة تتوقّف درجة حرارته عن الارتفاع وتُخزّن الحرارة الإضافيّة المُزوّدة على شكل حرارة كامنة للتبخّر؛ وتسهم هذه الحرارة بتحويل السائل إلى غاز، وتعتمد درجة الغليان على عدّة عوامل ومنها تظهر العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان للسائل.[١]

العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان

تُعدّ العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان مهمّةً جدًا؛ حيث إنّ الضغط المُحيط هو أهم عوامل تحديد قيمة درجة حرارة غليان المادّة، وفي الأنظمة المفتوحة يكون الضغط الجويّ هو المُحيط بالمواد، كما يُمكن أن تتعرّض المواد لأنواع الضغط المُختلفة، ويمكن تفسير العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان، كما يظهر في:[٢]

العلاقة بين ضغط البخار ودرجة الغليان

إنّ العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان في حالة إحاطة المادّة بضغط الهواء المُحيط هي علاقة طرديّة؛ حيث تنخفض درجة حرارة غليان السائل في حالة انخفاض قيمة ضغط الهواء المُحيط، وتُفسّر العلاقة التي تربط بين الضّغط ودرجة الحرارة عن طريق الخاصّية التي تُسمّى ضغط البخار؛ وهي الخاصيّة التي تقيس سرعة تبخّر الجزيئات من السائل، ويُشير ضغط البخار الخاص بمادةٍ ما إلى ضغط الأبخرة التي تؤثّر على وعاء يحتوي على مادّة تحت درجة حرارة مُعينة.[٣]

خفض درجة حرارة غليان المادة

تبدأ المادّة السائلة بالغليان عندما تُشكّل جزيئاتها الأكثر نشاطًا فقاعات من البخار، وعندما تنخفض قيمة ضغط الهواء المُحيط تقل قيمة مقاومة جزيئات الهواء لجزيئات السائل المغليّ الأمر الذي يقودها لدخول الهواء بشكلٍ أسرع؛ وبالتّالي فإنّه من الممكن التحكّم بدرجة حرارة غليان المادّة من خلال تقليل ضغط البخار.[٣]

العوامل الأخرى المؤثرة في درجة الغليان

تتحوّل المادّة السائلة إلى غازّية في حالة تعريضها إلى درجة حرارة معيّنة تؤدّي إلى تساوي ضغط البخار الخاص بها بضغط الهواء المحيط، وعلى الرّغم من أهمية العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان إلّا أنّ هُناك عوامل أخرى تؤثّر فيها كما يأتي:[٢]

الروابط بين الجزيئات

إنّ هُناك العديد من العوامل التي تسهم في تحديد درجة حرارة غليان أنواع السوائل المُختلفة، ويعود اختلاف درجة الغليان إلى القوّة بين الروابط التي تربط بين جزيئات السائل، فعلى سبيل المثال يغلي الكحول الإيثليّ عند درجة حرارة 78.5 مئويّة عند مستوى سطح البحر؛ حيث تكون روابط جزيئات هذا السائل في درجة حرارة الغرفة قويّة نسبيًا، أمّا سائل الميثيل فإنّه يمتلك درجة حرارة غليان تُساوي -25 درجة مئويّة في درجة حرارة الغرفة وعند مستوى سطح البحر؛ وذلك لأنّ حالة الميثيل هي الغازّية في درجة الحرارة الطبيعيّة.

المذيب والمُذاب والمحلول

يُمكن رفع درجة حرارة الغليان الخاصّة بالسائل عن طريق إضافة مواد أخرى إليه، فعلى سبيل المثال إنّ درجة حرارة غليان الماء عند مستوى سطح البحر هي 100 درجة مئويّة، ولكن يُمكن رفع هذه الدّرجة من خلال إضافة مُذاب آخر لها كالملح؛ فعندما يُضاف المذاب إلى المُذيب ترتفع درجة حرارة الغليان الخاصّة به مقارنةً مع الدرجة الخاصّة بغليان المُذيب النّقي.

استخدامات ارتفاع درجة حرارة الغليان

يُمكن رفع درجة حرارة الغليان عن طريق استخدام العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان، كما تتميّز المواد التي تحتوي على مواد ذائبة بارتفاع درجة الحرارة الخاصّة بغليانها مقارنةً بالسوائل الأخرى، ولارتفاع درجة الغليان العديد من الاستخدامات في الحياة اليوميّة ومنها ما يأتي:[٤]

  • مقاوم التجمّد: يسهم إيثيلين الجليكول أو مضادّ التجمّد في منع تجمّد الماء في مبرّد السيارة عبر خفض قيمة التجمّد.
  • الطبخ: ترتفع درجة حرارة الغليان في حالة إضافة الملح إلى مكوّنات الطبخ قبل أو أثناء تسخينها، ولذلك يُعتبر الطبخ أحد الاستخدامات المرتبطة بارتفاع درجة الغليان.
  • قياس الكتلة المولية: يُمكن استخدام ارتفاع درجة الغليان لقياس الكتلة الموليّة للمُذاب، ولكن تُصبح هذه الطريقة أكثر صعوبةً في حالة قياس الكتلة الموليّة لمحلول كهرليّ؛ وذلك بسبب انقسام المحلول عند إذابته وبالتالي يجب حساب الجسيمات النّاتجة عن هذا الانقسام أيضًا.
  • تكرير السكر: يجب تكرير محصول قصب السكّر لإنتاج السكر البلوريّ عن طريق إجراء العديد من المراحل ومنها غلي عصير القصب، وأثناء هذه المرحلة ستتوقّف درجة الحرارة التي يغلي عندها العصير؛ ولذلك يُمكن استخدام ارتفاع درجة حرارة الغليان لمراقبة معدّل تشبّع المحلول المهم لإنتاج البلوّرة.

درجة غليان بعض المواد المشهورة

بالإضافة لاختلاف درجة حرارة غليان مادّة سائلة معيّنة في حالة تطبيق العلاقة بين الضغط ودرجة الغليان بالإضافة للعوامل المؤثّرة الأخرى، فإنّ درجة الغليان تختلف أيضًا من مادّةٍ إلى أخرى، وما يأتي درجة حرارة الغليان الخاصّة ببعض المواد المشهورة:[٥]

المادّة درجة حرارة الغليان
غاز الأرغون -186 درجة مئويّة
الإيثانول 78.4 درجة مئويّة
الزئبق 356.9 درجة مئويّة
النيتروجين -196 درجة مئويّة
الأكسجين -183 درجة مئويّة
حمض الكبريتيك 330 درجة مئويّة
الماء 100 درجة مئويّة
ماء البحر 100.7 درجة مئويّة

المراجع[+]

  1. "boiling point", www.encyclopedia.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
  2. ^ أ ب "Factors Affecting the Boiling Point", sciencing.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
  3. ^ أ ب "What Happens to a Boiling Temperature as Pressure Decreases?", sciencing.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
  4. "Uses of the Boiling Point Elevation", sciencing.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
  5. "Boiling Points for common Liquids and Gases", www.engineeringtoolbox.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.