تعريف درجة الغليان

مفهوم درجة الغليان

تعرف درجة الغليان أو نقطة الغليان (بالإنجليزية: Boiling Point) بأنّها الدرجة التي تتحول عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، ويعتمد مفهوم الغليان على الضغط؛ فعندما يصل السائل درجة الغليان يكون ضغط البخار الناتج عنه مساويًا لضغط الجو المحيط.

ولا يجوز اللبس بين الغليان والتبخر، فالتبخر يعتبر ظاهرة سطحية تخص سطح السائل فقط، وتحدث عند أي درجة حرارة، وفيه تبدأ جزيئات السائل الموجودة على السطح بالتبخر نتيجة عدم وجود ضغط كاف للسائل قادر على إمساك هذه الجزيئات ومنعها من الصعود على شكل بخار، بينما تؤثّر درجة الغليان على جميع جزيئات السائل وليس فقط جزيئات السطح، وعندما تبدأ الجزيئات بالتحوّل إلى الحالة الغازية تبدأ الفقاعات بالتكون.

وفي الغليان يوجد ما يُعرف بالنقطة الحرجة (Critical Point) وهي النقطة التي تتبخر عندها جزيئات المادة بشكل سريع مما يؤدي إلى تساوي في كثافة كل من السائل والبخار، وتُعرف درجة الحرارة المصاحبة لهذه الحالة بدرجة الحرارة الحرجة ( critical temperature )، والتي تحدث عند نقطة الضغط الحرج ( critical pressure )؛ لذا فإنّ النقطة الحرجة تعرف أيضًا على أنّها الوصول لدرجة حرارة وضغط لا يُمكن معها التمييز بين الغاز والسائل.

عوامل تؤثر في درجة الغليان

يوجد بعض العوامل التي تؤثر على درجة الغليان، ومن هذه العوامل ما يأتي:

الضغط

من أهم العوامل التي تؤثر على درجة الغليان هو عامل الضغط، إذ تعتمد درجة غليان السائل وبشكلٍ عام على الضغط الجوي وعلى ضغط البخار للسائل المُستخدم، فكما سبق وذُكر بأنّ الغليان يبدأ عندما يصبح الضغط الجوي مساوٍ لضغط بخار السائل المستخدم.

فالضغط الجوي هو ضغط الغاز الموجود في الجو فوق سطح السائل، ويمكن توضيحه بأنّ جزيئات الهواء تتاكثف معًا فتشكل ضغطًا على سطح السائل لتمنع تبخره، وهذا الضغط يمتد إلى جزيئات السائل بأكمله فيؤخر بدء تكون الفقاقيع وغليان السائل، ولذلك تكون المحصلة أنّه كلما زاد الضغط الجوي زادت كمية الطاقة اللازمة للسائل حتى يبدأ بالغليان، وبالتالي زادت درجة الغليان، أما عند تقليل الضغط الجوي، سوف يحتاج السائل إلى درجة غليان أقل ليبدأ بعدها بالتحول إلى الحالة الغازية.

ويتم عادةً قياس الضغط الجوي تحت الظروف المعيارية والتي يكون فيها الضغط الجوي يساوي 1، فمثلًا، تكون درجة غليان المياه عادةً تساوي 100 درجة، أما عند الانتقال إلى المناطق العلوية كجبل أفريست، والتي يعتبر الضغط الجوي فيها منخفضًا؛ تصل درجة غليان المياه هنالك إلى 72 درجة، أما بالنسبة لضغط البخار، فهو يعتمد اعتمادًا كليًا على القوى بين جزيئات السائل.

القوى بين جزيئات السائل

تؤثر القوى بين جزيئات السائل على درجة غليان الأخير من خلال تحكمها في ضغط البخار للسائل المستخدم؛ فعندما تبدأ جزيئات السائل بالتبخر والاصطدام بجزيئات الهواء فوق سطح السائل، يُكوّن هذا الاصطدام ضغطًا باتجاه الأعلى يعرف بضغط البخار، ويُقلل ضغط البخار الناتج من الضغط الجوي على جزيئات السائل، وفي المحصلة تتمتع المواد بضغط بخار مختلف وبالتالي درجة غليان مختلفة، فمثلًا، تتمتع السوائل ذات ضغط البخار الأعلى بدرجة غليان أقل.

وتعتمد القوى بين جزيئات السائل على نوع المجموعة الوظيفية المُكونة للسائل، فتكون جزيئات السائل التي تتكون من الروابط الأيونية هي الأقوى، وتليها الروابط الهيدروجينية، ثم المجموعات ثنائية القطب، وبالنهاية تأتي قوى فان دير والس ( Van der Waals ) وهي الأضعف ما بين الروابط، وكلما زادت القوى بين جزيئات السائل زادت درجة غليان السائل، وكلما قلت هذه القوى قلت درجة الغليان.

الكتلة الجزيئيّة للسائل

من العوامل المهمة التي تؤثر على درجة غليان المادة هي الكتلة الجزيئية للسائل، أو ما يعرف بالوزن الجزيئي (Molecular weight)، وهو مجموع الكتل الذرية للذرات في جزيء ما، إذ تزداد درجة غليان المادة مع ازدياد الكتلة الجزيئية للمادة؛ فمثلًا كلما زاد عدد ذرات الكربون الموجود في السائل، زادت درجة غليانه.

يعتبر الضغط من أبرز العوامل التي تؤثر في درجة الغليان، فكلّما زاد الضغط الجوي زاد ضغط البخار للسائل ومن ثمّ زادت درجة الغليان؛ والعكس صحيح، أمّا القوى بين جزيئات السائل فكلّما زادت قلّت تصادماتها، وبالتالي قلّ ضغط البخار وزادت درجة الغليان، وأخيرًا فإنّ الكتلة الجزيئية للسائل تؤثر طرديًا أيضًا بدرجة الغليان.

مرحلة ما بعد الغليان

عندما تصل المادة إلى درجة الغليان فهذا يعني أنّ ضغط البخار أصبح مساويًا للضغط الخارجي المحيط، فتبدأ فقاعات بالتكوّن على سطح المادة بشكل سريع، كما تتوقف المادة عن اكتساب المزيد من درجات الحرارة، وتثبُت درجة حرارة السائل على درجة حرارة الغليان حتى يتبخر السائل بأكمله، ويتحول إلى الحالة الغازية، فمثلًا، عند غليان الماء، يتوقف الماء عن اكتساب الحرارة عند وصوله إلى درجة حرارة تساوي 100 درجة مئوية، وتثبُت عندها درجة حرارة الماء حتى يتحول الماء الموجود كاملًا إلى الحالة الغازية.

ويعد من المستحيل التلاعب بهذا النظام والعلاقة الثابتة ما بين درجة الحرارة وحالة المادة، إلا إذا زاد ضغط بخار المادة وزاد الضغط المحيط بسطح المادة عن الضغط الجوي في الظروف المعيارية، ويمكن أن يحدث هذا الأمر فقط في الأوعية محكمة الإغلاق التي تتمتع بضغط جوي يختلف عن الضغط الجوي الخارجي، وهذه الآلية تمثل في عملها عمل طنجرة الضغط المستخدمة في الطبخ والتي توفر الوقت بشكل كبير جدًا في طبخ المواد المختلفة.

درجة الغليان لبعض المواد

فيما يأتي بعض الأمثلة على درجة الغليان للمواد الحياتية المختلفة:

الملخص

درجة الغليان هي الدرجة التي تتحول عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، وتعد من الأمور المهمة جدًا في حياة البشر، فلولاها لما استطاعت المياه التبخر والتحول إلى الحالة الغازية حتى تتكاثف من جديد وتشكل مياه الأمطار التي تُكمل دورة الطبيعة، وتختلف درجة الغليان من مادة لأخرى، كما يوجد العديد من العوامل التي تؤثر عليها، فتزيد منها أو تنقصها؛ مثل عوامل الضغط الخارجي، وطبيعة المادة التي تتمثل بالكتلة الجزيئية للمادة والقوى بين جزيئات المادة، ولها العديد من الأمثلة المختلفة في حياة البشر.