الفرق بين التبخر والغليان

حالات المادة

تعرف حالة المادة في الديناميكا الحرارية على أنّها كمية من المادة متجانسة كيميائيًا وفيزيائيًا ويمكن فصلها ميكانيكيًا عن خليط غير متجانس كما يمكن أن تتكون من مادة واحدة أو من مزيج من المواد، والحالات الأساسية الثلاثة للمادة هي الصلبة والسائلة والغازية، بحيث تتميز المواد الصلبة بالروابط الذرية القوية بين جزيئاتها ولزوجتها العالية وهذا ما يعطيها طبيعتها الصلبة، بينما تتكون الغازات من ذرات ضعيفة الترابط لذلك تتوسع الغازات دائمًا لملء أي مساحة متاحة، أما السوائل فتمتلك خواص وسيطة بين المواد الصلبة والغازات حيث تمتلك روابط ذرية متوسطة القوة تعطيها حجمًا ثابتًا دائمًا، لكن لزوجتها المنخفضة تجعل شكلها متغيرًا وفقًا للإناء الذي توضع فيه، ويوضح هذا المقال الفرق بين التبخر والغليان للسوائل.^[١]

تحولات المادة

قبل التطرق الى الفرق بين التبخر والغليان لا بد من الرجوع إلى الخلفية العلمية لهذه التحولات في المادة، حيث يؤدي اكتساب المادة للطاقة أو خسارتها لها إلى حدوث تغيير فيزيائي يؤدي الى تحول المادة من حالة إلى أخرى، وعلى سبيل المثال تؤدي إضافة الطاقة الحرارية إلى الماء السائل إلى أن يصبح بخارًا، وتوضح النقاط الآتية تحولات المادة:^[٢]

• الانصهار: عندما تكتسب المادة الصلبة الحرارة تبدأ جزيئاتها بالاهتزاز بشكل أسرع وتميل إلى الحركة والابتعاد عن بعضها البعض، وعندما تصل المادة إلى نقطة معينة تسمى نقطة الانصهار تبدأ المادة الصلبة في التحول إلى سائل.
• التجمد: عندما يتم تبريد السائل تبطأ حركة الجزيئات في العديد من المواد وتقترب هذه الجزيئات من بعضها البعض في أنماط هندسية دقيقة لتشكيل مواد صلبة بلورية، حيث أن جميع السوائل باستثناء الماء يتقلص حجمها أثناء تجمدها.
• التسامي: عندما تتحول المادة الصلبة مباشرةً إلى غاز دون المرور عبر الحالة السائلة تُعرف العملية بالتسامي وهناك عدد قليل من المواد التي تخضع للتسامي في درجة الحرارة والضغط الطبيعيين، وأشهر هذه المواد هو ثاني أكسيد الكربون.
• التبخر: التبخر هي تحول المادة السائلة الى غازية ويحدث بفعل اكتساب السائل للحرارة، وعند اكتسابه للحرارة فإن جزيئاته تكتسب طاقة حركية وتتحرك بعيدًا عن بعضها البعض، ويحدث التبخر دائمًا على السطح الفاصل بين السائل والغاز.
• التكاثف : هي العملية التي يتحول بها الغاز إلى سائل، ويحدث التكثيف عندما يتم تبريد أو ضغط الغاز إلى النقطة التي لم تعد فيها الطاقة الحركية للجزيئات قادرة على التغلب على القوى الجزيئية.
• الترسب: عندما يتحول الغاز مباشرة إلى مادة صلبة، دون المرور عبر الحالة السائلة تعرف العملية بالترسب، ومن الأمثلة على هذه العملية عندما تحول درجة حرارة الجو المنخفضة تحت درجة التجمد بخار الماء في الجو إلى صقيع أو جليد.

الفرق بين التبخر والغليان

التبخر والغليان هما طريقتان يمكن أن يتحول بهما السائل الى غاز ولمعرفة الفرق بين التبخر والغليان لا بد من تعريف كل حالة ومعرفة كيفية حدوثها، فالتبخر هي ظاهرة تحدث دائمًا على سطح السائل ولفهم عملية التبخر يجب أولًا التطرق الى تعريف الضغط البخاري، والضغط البخاري هو الضغط الذي يمارسه بخار السائل على السائل نفسه في وضع الاتزان عند درجة حرارة معينة، ويتم تحقيق الاتزان بين الحالة السائلة والغازية عند تحقيق توازن بين معدلات التبخر والتكثيف، وعندما يكون الضغط الجزئي للسائل أقل من الضغط البخاري عند درجة حرارة معينة يحدث التبخر، أما الغليان فيحدث عندما يتجاوز ضغط بخار سائل الضغط الجوي ويؤدي هذا إلى استمرار السائل في التبخر حتى يصل إلى حالة الاتزان بين الحالات، ولكن ذلك لا يحدث لأنه لا توجد كمية كافية من البخار يمكن أن تملأ البيئة المحيطة بأكملها، وتوضح النقاط الآتية الفرق بين التبخر والغليان:^[٣]

• يحدث التبخر عند أي درجة حرارة بينما يحدث الغليان عند درجة حرارة معينة وهي درجة الغليان.
• يحدث التبخر عند سطح السائل فقط بينما تحدث عملية الغليان في كامل السائل.
• يمكن أن يحدث التبخر باستخدام الطاقة الداخلية للنظام، في حين يتطلب الغليان مصدرًا خارجيًا للحرارة.
• تحدث عملية التبخر بشكل بطيء وتدريجي بينما تحدث عملية الغليان بشكل سريع وقوي.

درجة غليان الماء

بعد التعرف على الفرق بين التبخر والغليان لا بد من معرفة درجة غليان الماء؛ حيث إن درجة غليان الماء هي 100 درجة مئوية أو 212 فهرنهايت عند مستوى سطح البحر، ومع ذلك فإن هذه القيمة ليست ثابتة حيث تعتمد درجة غليان الماء على الضغط الجوي الذي يتغير وفقًا للارتفاع، ويغلي الماء عند درجة حرارة أقل أثناء وجوده في منطقة مرتفعة كقمة جبل مثلًا، بينما يغلي عند درجة حرارة أعلى إذا زاد الضغط الجوي بفعل انخفاض الارتفاع لمستوى سطح البحراو أقل، وتعتمد درجة غليان الماء أيضًا على نقاوة الماء، فالماء الذي يحتوي على شوائب مثل الماء المملح يغلي عند درجة حرارة أعلى من الماء النقي، وتسمى هذه الظاهرة ارتفاع نقطة الغليان والتي تعد واحدة من الخواص التجريبية للمادة.^[٤]

تغير درجة الغليان بوجود الشوائب

إذا تمت إضافة الملح إلى الماء فإن درجة الغليان سوف تزداد حوالي نصف درجة مئوية لكل 58 جرام من الملح المذاب في كيلوغرام واحد من الماء، وهذا المثال على ارتفاع درجة الغليان ليس حصرًا على المياه بل يحدث في أي وقت تضاف فيه مادة غير متطايرة مثل الملح إلى مذيب مثل الماء، ولكن كيف يحدث ذلك؟ يغلي الماء عندما تتمكن الجزيئات من التغلب على ضغط بخار الهواء المحيط للانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، وتحدث بعض العمليات المختلفة عند إضافة مادة ذائبة تزيد من كمية الطاقة اللازمة للمياه لإجراء عملية الانتقال فعندما يضاف الملح إلى الماء ينفصل كلوريد الصوديوم إلى أيونات الصوديوم والكلور وهذه الجسيمات المشحونة تغير القوى بين جزيئات الماء، بالإضافة إلى التأثير على رابطة الهيدروجين بين جزيئات الماء فهناك تفاعل ثنائي الأيونات يؤخذ بعين الاعتبار، فكل جزيء ماء هو ثنائي القطب؛ مما يعني أن جانبًا واحدًا أكثر سلبية والجانب الآخر أكثر إيجابية، وتتوافق أيونات الصوديوم المشحونة إيجابيًا مع جانب الأكسجين في جزيء الماء، في حين تتوافق أيونات الكلور المشحونة سالبًا مع الجانب الهيدروجيني لجزيء الماء، وبما أن تفاعل الأيونات ثنائي القطب أقوى من رابطة الهيدروجين بين جزيئات الماء لذلك تكون هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لنقل الماء الى مرحلة البخار.^[٥]

المراجع

1. ↑ " STATE OF MATTER", www.britannica.com, Retrieved 22-07-2019. Edited.
2. ↑ "Matter: Definition & the Five States of Matter", www.livescience.com, Retrieved 22-07-2019. Edited.
3. ↑ "What is the difference between boiling, evaporation and vaporisation", www.quora.com, Retrieved 22-07-2019. Edited.
4. ↑ "What Is the Boiling Point of Water", www.thoughtco.com, Retrieved 22-07-2019. Edited.
5. ↑ "Why Adding Salt to Water Increases the Boiling Point", www.thoughtco.com, Retrieved 22-07-2019. Edited.