ماذا تسمى عملية تحويل الغاز إلى سائل

عملية تحوّل الغاز إلى سائل

تسمى عملية تحول الغاز إلى سائل في الفيزياء بالتكاثف (بالإنجليزية: Condensation)، وتحدث ظاهرة التكاثف عندما يصطدم بخار الماء الدافئ بأسطح باردة، ليتحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة فور ملامسته إياها، ولا يُشترط وجود سطح صلب دائمًا لتتكاثف القطرات عليه، إنّما يمكن أن يحدث التكاثف أيضًا عند تصادم بخار الماء الدافئ نسبيًا بكتلة من بخار الماء الأبرد.

تكون الكتلة المولية* للمادة بعد تحوّلها من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة أكبر غالبًا، كما أنّ تحوّل المادة وتغيّر حالتها الفيزيائية يَشترِط انخفاض طاقة جزيئات المادة الغازية إلى حدّ معين يسمح بحدوث التحول تلقائيًا.

العوامل المؤثرة على تحوّل الغاز إلى سائل

لا بدّ من تعميق فهم عملية التكاثف ودراسة أهم العوامل التي تؤثر في حدوثها، ومن ذلك ما يأتي:

• كمية بخار الماء الموجودة في الهواء الجوي أو ما يسمى بمعدل الرطوبة.
• درجة حرارة الوسط المحيط والذي يحتوي على بخار الماء.
• درجة حرارة السطح الملامس لبخار الماء.
• التباين بين درجة حرارة الوسط المحيط ودرجة حرارة السطح الملامس للغاز.

كيفية تحوّل الغاز إلى سائل

تحوّل المادة من الحالة الغازية إلى السائلة، هو العملية المقابلة أو المعاكسة للتبخّر، ويتكاثف الغاز عادةً بطريقة معينة وفقًا للخطوات الموضّحة أدناه:

• انخفاض درجة حرارة الغاز بسبب ملامسة كتلة باردة.
• انخفاض سرعة جزيئات الغاز بسبب فقدان طاقتها الحرارية.
• تباطؤ جزيئات الغاز يؤدي إلى زيادة قوى التجاذب فيما بينها.
• تحول حالة المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة عند زيادة قوى التجاذب إلى حدّ معين.

تجربة من المختبر لتحويل الغاز إلى سائل

يمكن تطبيق خطوات التجربة الآتية لمراقبة عملية التكاثف التي يتحول فيها بخار الماء إلى ماء سائل، وذلك كما يأتي بالتفصيل:

الأدوات

يتطلّب إجراء هذه التجربة عددًا من الأدوات والمواد، وهي كالآتي:

• كوبان شفافان متشابهان.
• ماء بارد.
• كمية وفيرة من مكعبات الثلج.
• كيس بلاستيكي بسحاب.
• ورق ترشيح؛ كالورق المستخدم لترشيح القهوة.
• مقص.

خطوات التجربة

تجري هذه التجربة وفقًا للخطوات الآتية بالترتيب:

1. وضع مكعبات الثلج داخل الأكواب بالمقدار ذاته، وتقدّر الكمية داخل كل منهما بنحو نصف من سعة الكوب.
2. إضافة كمية من الماء البارد فوق مكعبات الثلج في كل من الكوبين حتى وصول الماء في الكوبين إلى ثلاثة أرباع من سعتهما الكلية.
3. وضع أحد الأكواب داخل الكيس البلاستيكي الشفاف وإغلاق السحاب بعد التأكد من إفراغ الكيس من أيّ كمية من الهواء.
4. ترك الكوب الآخر معرّضًا للهواء الخارجي.
5. قص ورقتي ترشيح متطابقتين في الأبعاد.
6. فرك كل ورقة من الأوراق بالسطح الخارجي للأكواب الموجودة، وملاحظة كمية الماء العالقة على الورقة في كل مرة.

نتائج التجربة

يُلاحظ بعد إجراء التجربة بالخطوات السابقة وجود كمية كبيرة من قطرات الماء على سطح الكوب الذي تعرّض للهواء الخارجي، وهذه الكمية تفوق الكمية المتكونة على السطح الخارجي للكوب الموضوع داخل الكيس المغلق بإحكام، فما سبب ذلك؟

يمكن تفسير النتيجة بأنّ الهواء الخارجي يحتوي بالتأكيد على نسبة معينة من بخار الماء، وعند ملامسة بخار الماء لسطح بارد؛ كسطح الكوب المعرّض للهواء في التجربة، فإنّ جزيئاته ستفقد جزءًا من طاقتها فتصبح حركتها أبطأ، ممّا يسمح للبخار بالتجمّع على شكل قطرات ثمّ تتكاثف هذه القطرات معًا، أمّا الكوب الآخر، فينمع الكيس الهواء من ملامسته ممّا يؤدي إلى عدم تكاثف الماء على سطحه كما حدث في الكوب الأول.

أمثلة من الطبيعة على تحوّل الغاز إلى سائل

فيما يأتي توضيح لبعض أمثلة من الطبيعة على تحوّل الغاز إلى سائل:

• ظاهرة سقوط الأمطار: التي تحدث عندما يتكثف الماء في الغلاف الجوي ويظهر على شكل غيوم، وعندما تصبح القطرات المُكثفة أكبر وأثقل، تتساقط الأمطار.
• ظهور سحابة صغيرة خارجة من فم الإنسان: ويحدث ذلك في فصل الشتاء، عندما يصطدم البخار الدافئ الخارج من الفم بالهواء البارد، فيتحول إلى قطرات ماء صغيرة الحجم تشبه السحابة.
• ظهور الضباب على أسطح المرايا: إذ يمكن للإنسان في فصل الشتاء تجربة هذا الأمر، من خلال إخراج زفير أنفاسه أمام المرآة، ما يجعل بخار الماء يتكثف عليها وتظهر المرآة ضبابية.
• ظهور الضباب على زجاج النظارات في فصل الشتاء: عند الخروج من مكان دافئ إلى الهواء البارد، تصبح النظارة الشمسية أو الزجاجية ضبابية، مما يسبب الإزعاج ويعوق الرؤية.
• ظهور قطرات من الماء على سطح الزجاج البارد في الأجواء الدافئة: ويعود ذلك إلى انخفاض درجة حرارة بخار الماء الموجود في الجو عند ملامسته للزجاج البارد، ممّا يؤدي إلى تغيّر المادة من غاز الى سائل.
• ظهور الندى في فترات الصباح: يحدث ذلك بسبب انخفاض درجة الحرارة ليلًا بصورة طبيعية، ممّا يؤدي إلى تكثّف بخار الماء داخل طبقات الغلاف الجويّ، فتظهر قطرات الندى في الصباح كناتج ل عملية تحوّل الغاز إلى سائل.
• تكوّن الماء داخل السحب: وهذا جزء من دورة الماء في الطبيعة، فالسحابة الدافئة تحتفظ ببخار الماء لفترة ما، ثمّ تبرد السحابة ليتحوّل بخار الماء المتجمّع داخلها إلى ماء سائل.
• تشكّل الضباب: ويحدث بكثرة في فصل الشتاء بالقرب من سطح الأرض، عندما يرتفع الهواء الدافئ المحتوي على بخار الماء إلى الغلاف الجوي ويتلاقى مع الهواء البارد، فيتكوّن الضباب.

عملية التكاثف هي عملية طبيعية يتحوّل فيها الغاز إلى الحالة السائلة، وتحدث هذه الظاهرة طبيعيًا في دورة الماء في الطبيعة، ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة من خلال تشكّل الندى والضباب، وقطرات الماء على النوافذ في فصل الشتاء، وتعدّ عملية التكاثف من العمليات التي تتأثر بالظروف المحيطة عمومًا، ويمكن إجراء عدد كبير من التجارب المختلفة في المختبر لمشاهدة هذه الظاهرة ومراقبتها عن كثب، لتحديد أهم العوامل التي تؤثر عليها، كما أنّها تجري وفق أسلوب محدد ضمن خطوات مفسّرة بصورة علمية واضحة.

______________________________________________________________________________

• الكتلة المولية: تُعرف أيضًا باسم الكتلة الجزيئية أو الوزن الجزيئي (بالإنجليزية: Molecular Mass)؛ وهي مجموع الكتل الذرية لجميع الذرات في جزيء واحد من المادة، بناءً على مقياس تكون فيه الكتل الذرية للهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين 1 و12 و14 و16 على التوالي، على سبيل المثال الكتلة الجزيئية للماء الذي يحتوي على ذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين هي 18 (أي 2 16).