نقطة الغليان وضغط البخار: ماذا وكيف والعلاقة والحقائق


في هذه المقالة سوف نناقش العلاقة بين نقطة الغليان وضغط البخار.

تعتمد نقطة غليان المادة على ضغط النظام وضغط بخار مادة ما يعتمد على درجة حرارة النظام.

في أيام دراستنا الابتدائية علمنا كتاب العلوم لدينا أن الماء يغلي عند 100 درجة مئوية. عندما وصلنا إلى الفئات الأعلى ، علمنا أن الماء يغلي عند 100 درجة مئوية عند الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر وتنخفض نقطة الغليان مع ارتفاعنا في الارتفاع.

هذا يفسر في المقام الأول ظاهرة الاعتماد على درجة الغليان مع الضغط.

إذن ، ما هو الغليان؟ فيزيائيًا ، إنها ظاهرة تحول السائل إلى بخار. من أجل فهم الغليان بطريقة أكثر غرابة ، يجب أن نفهم المصطلح الآخر وهو ضغط البخار. ضغط البخار هو الضغط الذي يمارسه أي سائل على سطحه عند درجة حرارة معينة.

يزداد ضغط البخار هذا مع زيادة درجة حرارة السائل. تُعرف درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط البخار والضغط الكلي للنظام نقطة الغليان من مادة.

هل ضغط البخار هو نفسه نقطة الغليان؟

لا ، ضغط البخار و نقطة الغليان ليست هي نفسها ولكن ضغط البخار خاص بسائل ويختلف الشيء نفسه مع درجة الحرارة. بسبب نفس نقطة الغليان هو أيضا خاص بالسائل.

تمارس السوائل المختلفة ضغوط بخار مختلفة عند درجة حرارة معينة. يعتمد ضغط البخار الذي يمارسه السائل على القوى بين الجزيئات الموجودة بين الجزيئات المكونة للسائل.

عند درجة حرارة معينة ، ينتج عن وجود قوى بين الجزيئات المنخفضة بين جزيئات السائل ضغط بخار أعلى يمارسه السائل. إذا كان ضغط البخار عند درجة حرارة معينة أكبر ، فإن نقطة غليان السائل ستكون أقل. ومن ثم ، يمكن استنتاج أنه على الرغم من أن ضغط البخار ونقطة الغليان ليسا متماثلين ، إلا أنهما مترابطان ومخصصان للسائل.

ما هي نقطة الغليان وضغط البخار؟

يتميز الغليان بالتبخر القوي للسائل إلى بخار ، عندما يصل ضغط بخار السائل إلى ضغط السائل فوقه ، وهو ما يسمى أيضًا ضغط النظام.

في ظل الظروف الجوية ، تسمى نقطة الغليان أيضًا نقطة الغليان العادية ، وبمجرد أن يبدأ الغليان ، تظل درجة الحرارة ثابتة إذا ظل الضغط فوق سطح السائل ثابتًا حتى يغلي كل السائل.

كما هو موضح في الصورة أدناه ، فإن الجزيئات الموجودة في السائل الموجود في وعاء في حركة مستمرة. تهرب بعض الجزيئات من سطح السائل إلى الغلاف الجوي وبعضها يرتد من الغلاف الجوي إلى السائل.

عند درجة حرارة معينة ، يتشكل التوازن بين الجزيئات المتسربة من السائل السائب وتلك التي تعود إلى السائل الكتلي.

تعتمد كمية الجزيئات التي تبقى في الفضاء البخاري عند درجة حرارة معينة على القوى الجزيئية للسائل. هذه الجزيئات التي تبقى في الفضاء البخاري فوق السائل تخلق ضغط بخار السائل.

نقطة الغليان وضغط البخار
ماء مغلي؛ حقوق الصورة: ويكيميديا

تأثير ضغط البخار على نقطة الغليان

يتناسب ضغط البخار عكسًا مع درجة غليان السائل.

مع انخفاض ضغط البخار ، تزداد نقطة الغليان مع الحاجة إلى مزيد من الطاقة لتبخير الكمية المطلوبة من المذيب للوصول إلى ضغط النظام. بالنسبة لسائل معين ، يعتمد ضغط البخار على المساحة المتاحة لجزيئات المذيب للهروب من السائل الكتلي في واجهة بخار السائل.

إذا تم إذابة المزيد من المواد الصلبة في السائل كما هو الحال في محلول السكر ، فسيتم توفير مساحة أقل في واجهة السائل البخاري لهروب جزيئات المذيبات إلى مساحة البخار وبالتالي يتم ممارسة ضغط بخار أقل.

يؤدي هذا إلى الحاجة إلى طاقة أعلى لتحقيق نفس ضغط البخار مقارنة بالمذيب النقي مما يؤدي إلى ارتفاع نقطة الغليان العادية.

ارتفاع نقطة الغليان

العلاقة بين درجة الغليان والضغط

ينتج عن ارتفاع ضغط النظام نقطة غليان أعلى وضغط نظام أقل ينتج عنه نقطة غليان أقل ، أي نظام الضغط يتناسب طرديا مع نقطة الغليان.

إذا كان ضغط النظام أعلى ، فستكون هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لإنشاء ضغط بخار مكافئ لضغط النظام. وبالمثل ، إذا كان ضغط النظام أقل ، يتم الوصول إلى نقطة الغليان عند درجة حرارة منخفضة حيث أن متطلبات ضغط البخار تكون أقل.

يمكن تفسير ذلك أيضًا من خلال التغيير في درجة غليان الماء مع اختلاف الارتفاع. كما هو موضح أدناه ، يغلي الماء عند 100 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر عند ضغط جوي واحد.

ولكن مع صعودنا إلى قمة التل ، ينخفض ​​الضغط الجوي ويغلي الماء عند درجة حرارة منخفضة. بسبب نفس الشخص الذي يطبخ الأرز في وعاء مفتوح ، سيحتاج إلى مزيد من الوقت للطهي حيث يتم الطهي في درجات حرارة منخفضة.

من ناحية أخرى ، إذا تم الطهي في نظام مضغوط مثل ذلك في قدر الضغط ، فإن الطهي يكون أسرع بكثير حيث يتم الغليان في درجة حرارة أعلى.

لماذا هناك علاقة عكسية بين درجة الغليان وضغط البخار؟

ترتبط نقطة الغليان وضغط البخار ارتباطًا عكسيًا لأن الطاقة الأعلى ستكون مطلوبة لتبخير كمية كافية من السائل في الطور الغازي وإنتاج ضغط بخار مكافئ لضغط النظام (الضغط الجوي إذا كان الوعاء مفتوحًا على الغلاف الجوي) وبالتالي الوصول إلى نقطة الغليان.

سيكون ضغط البخار أقل بالنسبة للسوائل التي لها قوى أعلى بين الجزيئات والعكس صحيح. لذا فإن السائل الذي يحتوي على ضغط بخار أقل عند درجة حرارة معينة سيتطلب متطلبات طاقة أعلى للتغلب على القوى بين الجزيئية في صورة سائلة والهروب إلى البخار مقارنة بالسوائل ذات ضغط بخار أعلى.

وبالمثل ، إذا تم خفض ضغط بخار المذيب عن طريق إضافة مواد مذابة إليه وبالتالي تقليل مساحة السطح المكشوفة في السطح البيني للسائل البخاري ، تزداد الطاقة المطلوبة للتبخير. هذا يؤدي إلى ارتفاع درجة غليان المحلول المتشكل على هذا النحو.

ما الذي يؤثر على ضغط البخار؟

يعتمد ضغط بخار سائل معين على درجة حرارته

يختلف ضغط بخار السوائل المختلفة بالنسبة لدرجة حرارة معينة. يظهر ضغط بخار قليل من السوائل أدناه عند 25 درجة مئوية.

مادةضغط البخار عند 25oC
ديثيل الأثير70 كيلو باسكال
البروم30 كيلو باسكال
ماء3 كيلو باسكال

يختلف ضغط البخار باختلاف المواد لأن هذه السوائل لها قوى جزيئية مختلفة. بشكل عام ، السوائل ذات الكثافة المنخفضة ، والتي سيكون لها حجم جزيئي أقل وبالتالي القوى بين الجزيئات الأقل لها ضغط بخار أعلى عند درجة حرارة معينة.

إذا زادت درجة الحرارة في نظام ما ، تزداد الطاقة الحركية للجزيئات ، ونتيجة لذلك تتحرك الجزيئات بسرعة ويهرب عدد أكبر من الجزيئات إلى شكل بخار. بهذه الطريقة يزداد ضغط البخار مع زيادة درجة الحرارة.

ومع ذلك ، لا يتأثر ضغط البخار بشكل أو حجم الوعاء الذي يُحفظ فيه السائل. مثال Foe ، سائل بشكل عمودي إناء أو يجب أن يكون للسفينة الأفقية نفس ضغط البخار.

العوامل التي تؤثر على ضغط البخار

ما الذي يسبب زيادة ضغط البخار؟

يزداد ضغط البخار مع زيادة درجة الحرارة.

يكون البخار دائمًا في حالة توازن مع سطح السائل أدناه. يعتمد عدد الجزيئات في شكل بخار على الطاقة الحركية للجزيئات الفردية ، والتي تحدد احتمالية وجودها في شكل بخار أو سائل.

بالنسبة لسائل معين ، إذا زادت درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الحركية للجزيئات في السائل ، مما يجعل المزيد منها مؤهلاً للتغلب على القوى بين الجزيئات وتوجد في شكل بخار.

زيادة عدد الجزيئات في شكل بخار يزيد من ضغط البخار. يظهر تغيير نموذجي لضغط بخار الماء مع درجة الحرارة في الصورة أدناه.

ضغط البخار مقابل درجة الحرارة

العوامل التي تؤثر على درجة الغليان

العوامل التي تؤثر على درجة الغليان هي الضغط والشوائب في القوى بين الجزيئات السائلة والسائلة.

إذا كان ضغط النظام أعلى ، فستكون هناك حاجة إلى مزيد من الحرارة لزيادة ضغط بخار السائل إلى تحقيق ضغط النظام. يظهر تأثير نقطة الغليان على الضغط الخارجي للمياه من خلال المنحنى أدناه.

العوامل التي تؤثر على درجة الغليان

إذا أخذنا في الاعتبار ، مذيب نقي ونفس المذاب مع الشوائب ، فإن درجة غليان المذيب النقي تكون دائمًا أقل. يرجع السبب في ذلك إلى توفر مساحة أكبر لمذيب نقي للبخار للهروب من الحالة السائلة مقارنة بالمذاب مع الشوائب ، حيث يتم شغل بعض المواقع في واجهة السائل البخاري.

السائل الذي يحتوي على جزيئات أكبر مع قوى أعلى بين الجزيئات سيكون له نقطة غليان أعلى. وذلك لأن كمية أقل من البخار يمكن أن تتحرر فوق سطح السائل عن طريق التغلب على القوى بين الجزيئات عند درجة حرارة معينة مقارنة بالسائل الذي يحتوي على جزيئات مكونة أصغر لها قوى بين الجزيئات أقل.

سانجيتا داس

أنا سانجيتا داس. لقد أكملت درجة الماجستير في الهندسة الميكانيكية مع التخصص في محرك IC والسيارات. لدي حوالي عشر سنوات من الخبرة في الصناعة والأوساط الأكاديمية. يشمل مجال اهتمامي محركات IC والديناميكا الهوائية وميكانيكا السوائل. يمكنك التواصل معي على https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

آخر المقالات