التبخر والتكاثف




التبخر والتكاثف

Evaporation and Condensation

أولاً: التبخر Evaporation

التبخر: تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.

يحدث التبخر على سطح السائل، وعند أي درجة حرارية.

 

تفسير معدل تبخر السائل تبعاً لمنحنى ماكسويل – بولتزمان

الشكل التالي يمثل منحنى ماكسويل – بولتزمان لتوزيع الطاقة الحركية لجزيئات سائل في درجة حرارة معينة:

تمثل الرموز:

(أ): الطاقة الحركية الأكثر احتمالاً لامتلاكها من معظم الجزيئات.

(هـ): عدد الجزيئات التي تمتلك الطاقة الحركية الأكثر احتمالاً لامتلاكها من معظم الجزيئات.

(ب): متوسط الطاقة الحركية للجزيئات.

(ج): الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتغلب على قوى التجاذب بين جزيئات المادة في الحالة السائلة، لتتحول إلى الحالة الغازية.

(ص): عدد الجزيئات التي تمتلك متوسط الطاقة الحركية للجزيئات.

المساحة المظللة: عدد الجزيئات التي تمتلك متوسط الطاقة الحركية للجزيئات أو أكثر من المتوسط، وهي الجزيئات الكلية التي تتبخر عند تلك الدرجة الحرارية.

 

يحدث التبخر عندما تتصادم جزيئات السائل مع بعضها، وقد يصدف أن تكتسب بعض جزيئات السائل الموجودة على السطح بفعل التصادم طاقة كافية للتغلب على قوى التجاذب بين جزيئاتها، أي تمتلك الحد الأدنى من الطاقة للتغلب على قوى التجاذب، فيفلت من سطح السائل ويتبخر.

 

أثر قوى التجاذب في معدل التبخر

تختلف السوائل عن بعضها في معدل التبخر، فالجزيئات التي تمتلك قوى تجاذب ضعيفة بين جزيئاتها أسرع تبخراً، لأن الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتغلب على قوى التجاذب بين جزيئاتها أقل.

 

مثال:

الأسيتون CH3COCH3 أسرع تبخراً من الماء H2O

ويعود السبب في ذلك إلى أن جزيئات الماء تترابط جزيئاتها بترابط هيدروجيني أقوى من قوى ثنائية القطب الموجودة بين جزيئات الأسيتون، وهذا يعني أن الطاقة اللازمة للتغلب على قوى التجاذب في الماء أكبر من الأسيتون، فيقل معدل تبخره.

 

سؤال:

رتب المواد الآتية تصاعدياً تبعاً لمعدل سرعة تبخرها:

CH3CH2CH3 , CH3CH2OH , CH3CH2Cl

 

الحل:

تترابط جزيئات CH3CH2CH3 بقوى لندن الضعيفة.

تترابط جزيئات CH3CH2Cl بقوى ثنائية القطب الأقوى من قوى لندن.

تترابط جزيئات CH3CH2OH بروابط هيدروجينية الأقوى من قوى ثنائية القطب.

وبزيادة قوة التجاذب يقل معدل تبخر السائل، وعليه يكون ترتيب الجزيئات تبعاً لمعدل تبخرها:

CH3CH2OH > CH3CH2Cl > CH3CH2CH3

 

أثر درجة الحرارة في معدل التبخر

يزداد معدل تبخر السائل بزيادة درجة الحرارة، فبزيادة درجة الحرارة تزداد الطاقة الحركية للجزيئات، وهذا يزيد عدد التصادمات بينها، وبذلك يزداد عدد الجزيئات التي تمتلك طاقة كافية للتبخر، ويزداد معدل التبخر.

لاحظ من خلال منحنى ماكسويل – بولتزمان أن زيادة درجة الحرارة لا يؤثر في الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتغلب على قوى التجاذب (ج)، ولكنه زاد من المساحة المظللة؛ أي أن رفع درجة الحرارة زاد من عدد الجزيئات التي تمتلك الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتبخر، فيزداد معدل التبخر.

طاقة التبخر المولية

تُسمى الطاقة اللازمة لتبخير مول واحد من السائل بطاقة التبخر المولية.

طاقة التبخر المولية: الطاقة اللازمة لتحويل مول واحد من جزيئات المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، في درجة الحرارة نفسها.

 

ثانياً: التكاثف Condensation

التكاثف: عملية تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة.

التكاثف عملية معاكسة للتبخر، ولحدوث عملية التكاثف يجب توفر شرطين، هما:

  1. تخفيض درجة الحرارة (التبريد) لتقليل الطاقة الحركية للجزيئات.
  2. زيادة الضغط لتقريب الجزيئات من بعضها.

 

طاقة التكاثف المولية

تُسمى الطاقة الناتجة من تكاثف مول واحد من الغاز بطاقة التكاثف المولية.

طاقة التكاثف المولية: الطاقة الناتجة من تحويل مول واحد من جزيئات المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، في درجة الحرارة نفسها.

 

العلاقة بين طاقة التبخر وطاقة التكاثف

طاقة التبخر تساوي مقداراً طاقة التكاثف للمادة نفسها، إلا أن طاقة التكاثف هي طاقة منبعثة، وطاقة التبخر طاقة ممتصة، أي أن طاقة التبخر تساوي طاقة التكاثف في المقدار ولكنها تخالفها في الإشارة.

مثال:

المعادلة التالية تمثل طاقة التبخر المولية للماء:

H2O (l) + 40.1 kj →  H2O (g)

المعادلة التالية تمثل طاقة التكاثف المولية للماء:

H2O (g) → H2O (l) + 40.1 kj

 

سؤال:

لماذا تكون الحروق الناتجة من بخار الماء في درجة حرارة 100هس أشدّ من تلك الناتجة من الماء الساخن في درجة حرارة 100هس؟

 

الإجابة:

عندما يلامس بخار الماء سطح الجلد يتكاثف ويطلق طاقة التكاثف، بالإضافة إلى درجة حرارة بخار الماء المرتفعة.


التاريخ : 25 / 12 / 2018

التعليقات

عذرا يجب عليك تسجيل الدخول الى الموقع لكي تتمكن من اضافة تعليق