التبخر الكيميائي: ما يتكون من التطبيقات والأمثلة
التبخر الكيميائي هو العملية التي يتم من خلالها فصل جزيئات السائل عن سطحه ودخول الحالة الغازية. إنها عملية تمتص الطاقة ، وبالتالي فهي ماص للحرارة. تزيد الجزيئات القريبة من سطح السائل من الطاقة الحركية لتبخر.
نتيجة لهذه الزيادة في الطاقة ، تضعف قوى التماسك أو الجذب الجزيئي بين هذه الجزيئات وتهرب من الطور السائل إلى طور الغاز. في حالة عدم وجود حدود حيث تنتعش الجزيئات الغازية لاختراقها مرة أخرى إلى السائل ، فإن كل هذا ينتهي بالتبخر تمامًا.
على عكس الغليان ، يمكن أن يحدث التبخر في أي درجة حرارة قبل أن يغلي السائل. هذه الظاهرة هي السبب في أنه يمكن رؤيتها تنبعث من أبخرة الماء من الغابات ، والتي عندما تتلامس مع الهواء البارد ، تكثف قطرات الماء الصغيرة مما يعطيها لونًا أبيض.
التكثيف هو عملية عكسية قد تنشئ أو لا تنشئ توازنًا مع التبخر الذي يحدث في السائل.
هناك عوامل تؤثر على التبخر ، مثل: سرعة العملية أو عدد الجزيئات التي يمكن أن تتبخر من السائل ؛ طبيعة أو نوع السائل ؛ درجة الحرارة التي يتعرض لها السائل ، أو في حاوية مغلقة أو مفتوحة معرضة للبيئة.
مثال آخر على التبخر الكيميائي يحدث في الجسم: عند التعرق ، يتبخر جزء من سائل العرق. تبخر العرق يترك إحساسًا باردًا في الكائن الحي بسبب حقيقة أن التبريد يحدث عن طريق التبخر.
ما هو التبخر؟
يتكون من سعة أو خاصية الجزيئات الموجودة على سطح السائل للتحول إلى بخار. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، مطلوب امتصاص الطاقة لتحدث التبخر.
التبخر هو عملية تحدث في الجزيئات الموجودة على مستوى السطح الحر للسائل. تعتبر الحالة النشطة للجزيئات التي تشكل السائل ضرورية للتغيير من السائل إلى الحالة الغازية.
الطاقة الحركية أو الطاقة التي هي نتاج حركة جزيئات الجسم ، هي الحد الأقصى في الحالة الغازية.
قوى التماسك
لكي تخرج هذه الجزيئات من الطور السائل ، يجب أن تزيد من طاقتها الحركية حتى تتبخر. مع زيادة الطاقة الحركية ، تقل قوة التماسك للجزيئات بالقرب من سطح السائل.
قوة التماسك هي تلك التي تمارس الجذب الجزيئي ، مما يساعد في الحفاظ على الجزيئات معًا. يتطلب التبخر توفير الطاقة التي توفرها جزيئات الوسط المحيط لتقليل القوة المذكورة.
تسمى عملية التبخر العكسي التكثيف: تعود الجزيئات الموجودة في الحالة الغازية إلى الطور السائل. يحدث ذلك عندما تصطدم الجزيئات في الحالة الغازية بسطح السائل وتصبح محاصرة مرة أخرى في السائل.
كل من التبخر ، كما اللزوجة ، التوتر السطحي ، من بين الخصائص الكيميائية الأخرى ، تختلف عن كل من السوائل. التبخر الكيميائي هو عملية تعتمد على نوع السائل من بين العوامل الأخرى المفصلة في القسم التالي.
العوامل المشاركة في التبخر الكيميائي
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على عملية التبخر ، أو تفضيل أو تثبيط هذه العملية. هذا النوع من السائل ، درجة الحرارة ، وجود التيارات الهوائية ، الرطوبة البيئية ، من بين العديد من العوامل الأخرى.
طبيعة السائل
سيكون لكل نوع من السائل قوته الخاصة للتماسك أو الجاذبية الموجودة بين الجزيئات التي يتكون منها. في السوائل الزيتية مثل الزيت ، يحدث التبخر عمومًا بنسبة أقل من تلك السوائل المائية.
على سبيل المثال ، يتم تمثيل قوى التماسك في الماء بواسطة جسور الهيدروجين الموجودة بين جزيئاتها. يتم تجميع ذرات H و O التي تشكل جزيء الماء معًا بواسطة روابط تساهمية قطبية.
الأكسجين أكثر كهربيًا من الهيدروجين ، مما يجعل من السهل على جزيء الماء إنشاء روابط هيدروجينية مع جزيئات أخرى.
درجة الحرارة
درجة الحرارة هي عامل يؤثر على الطاقة الحركية للجزيئات التي تشكل السوائل والغازات. هناك حد أدنى من الطاقة الحركية اللازمة للجزيئات للهروب من سطح السائل.
عند درجة حرارة منخفضة ، يكون جزء الجزيئات السائلة التي تمتلك طاقة حركية كافية حتى تتمكن من التبخر صغيرًا. وهذا يعني أن التبخر الذي يحدثه السائل في درجة حرارة منخفضة سيكون أقل ؛ وبالتالي ، سوف يكون التبخر أبطأ.
على العكس من ذلك ، سوف يزداد التبخر مع زيادة درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة ستزيد أيضًا نسبة جزيئات السائل التي تكتسب الطاقة الحركية اللازمة لتتبخر.
حاوية مغلقة أو مفتوحة
سيختلف التبخر الكيميائي اعتمادًا على ما إذا كانت الحاوية التي يوجد فيها السائل مغلقة أو مفتوحة معرضة للهواء.
إذا كان السائل في حاوية مغلقة ، فستعود الجزيئات التي تتبخر بسرعة إلى السائل. أي أنها تتكثف عند الاصطدام بحدود مادية ، مثل الجدران أو الغطاء.
يتم إنشاء توازن ديناميكي في تلك السفينة المغلقة بين عملية التبخر التي يعاني منها السائل وعملية التكثيف.
إذا كانت الحاوية مفتوحة ، يمكن تبخير السائل بشكل مستمر حتى إلى إجماليه اعتمادًا على وقت التعرض للهواء. في حاوية مفتوحة ، لا توجد فرصة لتحقيق التوازن بين التبخر والتكثيف.
عندما تكون الحاوية مفتوحة ، يتعرض السائل لبيئة تسهل انتشار الجزيئات المتبخرة. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل تيارات الهواء على إزاحة الجزيئات المتبخرة واستبدالها بغازات أخرى (النيتروجين والأكسجين في الغالب).
تركيز الجزيئات المتبخرة
كما أن التركيز الموجود في الطور الغازي للجزيئات التي تتبخر يتحدد. ستنخفض عملية التبخر هذه عندما يكون هناك تركيز عالٍ للمادة التي تتبخر في الهواء أو البيئة.
أيضا عندما يكون هناك تركيز عال من المواد المتبخرة المختلفة في الهواء ، فإن معدل تبخر أي مادة أخرى ينخفض.
يحدث تركيز المواد المبخرة بشكل أساسي في الحالات التي لا يوجد فيها إعادة تدوير كافية للهواء.
الضغط ومساحة السطح من السائل
إذا كان هناك ضغط أقل على جزيئات سطح السائل ، فسيكون تبخير هذه الجزيئات أكثر تفضيلاً. كلما زادت مساحة السطح المكشوف للسائل في الهواء ، سيحدث التبخر بشكل أسرع.
تطبيقات
تبريد التبخر
من الواضح بالفعل أن الجزيئات السائلة التي تزيد من الطاقة الحركية الخاصة بها هي التي تغير طورها السائل إلى مرحلة الغاز . في وقت واحد ، في جزيئات السائل التي لا تفلت ، هناك انخفاض في الطاقة الحركية مع انخفاض في درجة الحرارة.
تنخفض درجة حرارة السائل الذي لا يزال محفوظًا في هذه المرحلة ، وتبرد ؛ هذه العملية تسمى التبريد التبخيري. تجعل هذه الظاهرة من الممكن شرح سبب قدرة السائل دون التبخر على التبريد على امتصاص الحرارة من البيئة المحيطة.
كما ذكر أعلاه ، تتيح هذه العملية تنظيم درجة حرارة الجسم في الجسم. تستخدم عملية التبريد التبخيري هذه أيضًا لتبريد البيئات من خلال استخدام مبردات التبخر.
تجفيف المواد
يستخدم التبخر الصناعي لتجفيف المواد المختلفة المصنوعة من القماش والورق والخشب وغيرها.
- تعمل عملية التبخر أيضًا على فصل المواد المذابة مثل الأملاح والمعادن من بين المحاليل الأخرى من المحاليل السائلة.
- يستخدم التبخر لتجفيف الأجسام والعينات.
، يسمح لاسترداد العديد من المواد الكيميائية أو المنتجات.
تجفيف المواد
هذه العملية ضرورية لتجفيف المواد في عدد كبير من المختبرات الطبية الحيوية والأبحاث بشكل عام.
هناك مبخرات بالطرد المركزي ودوارة تستخدم لتعظيم إزالة مذيبات العديد من المواد في نفس الوقت. في هذه الأجهزة أو المعدات الخاصة تتركز العينات التي تتعرض ببطء للفراغ لعملية التبخر.
أمثلة
- مثال على التبخر الكيميائي يحدث في جسم الإنسان عند تقديم عملية التعرق. يتبخر التعرق ، ويميل الجسم إلى البرودة ويحدث انخفاض في درجة حرارة الجسم.
تسهم عملية تبخر العرق وتبريد الجسم اللاحق في تنظيم درجة حرارة الجسم.
كما يتم تجفيف الملابس بفضل عملية تبخر الماء. توضع الملابس بحيث يزيح تيار الهواء الجزيئات الغازية وبالتالي هناك تبخر أكبر. يؤثر أيضًا على درجة حرارة أو حرارة البيئة والضغط الجوي.
- في إنتاج المنتجات المجففة بالتبريد التي يتم تخزينها وبيعها جافة ، مثل مسحوق الحليب والأدوية وغيرها ، يحدث التبخر أيضًا. ومع ذلك ، يتم هذا التبخر تحت فراغ وليس بسبب زيادة في درجة الحرارة.
أمثلة أخرى
