Question

ما هي العوامل المؤثرة على الضغط البخاري؟

ما هو الضغط البخاري Vapour Pressure والعوامل المؤثرة عليه؟

Answer 1

مفهوم الضغط البخاري Vapour Pressure

- لو وضعنا كأس به سائل مثل الماء معرض للهواء الجوي، سوف نلاحظ مع الزمن أن الماء يتبخر حتى ينفذ.

- لو وضعنا كمية من الماء في كأس داخل إناء مغلق (ناقوس) عند درجة حرارة ثابتة ، عند ذلك ما سوف نشاهده هو أن جزء من الماء يتبخر ثم يتوقف التبخر وتبقى كمية السائل ثابتة لا تتغير ، ويمكن تفسير ما حدث كما يلي:

(1) عند وضع الكأس الذي به ماء في إناء مغلق، تبدأ بعض الجزيئات التي تمتلك الطاقة اللازمة (الطاقة اللازمة للتغلب على قـوى الـتـجـاذب التي تربطها مع الجزيئات الأخرى في السائل) بالتبخر.

 (2) تستمر عملية التبخر وفي نفس الوقت بعض جزيئات البخار تتكثف (تتحول لحالة سائلة) ولكن عملية التكثف تكون في البداية بطيئة ، وعملية التبخر تكون سريعة.

 (3) مع الزمن تتناقص سرعة التبخر وتتزايد سرعة التكثف.

 (4) عندما تتساوي سرعة التبخر وسرعة التكثف نصل إلى حالة اتزان.

- وفي هذه الحالة سوف نلاحظ أن منسوب الماء يتوقف عند حد معين ، وفي هذه الحالة تثبت عدد الجزيئات في الحالة البخارية ، وبذلك يثبت معدل اصطدام الجزيئات مع بعضها البعض ومع جدران الإناء.

وعند هذه الحالة نقول أن الحيز قد تشبع ببخار الماء وأن الضغط البخاري داخل الوعاء يمثل الضغط البخاري لللسائل عند درجة حرارة معينة .. وفي هذه الحالة فإن ضغط البخار على السائل يبقى ثابت ويسمى بالضغط البخاري.

تعريف الضغط البخاري

- هو الضغط الناتج من جزيئات بخار السائل الموجود في وعاء مغلق .

ويمكن قياس الضغط البخاري لسائل مثل بخار الماء ، باستخدام الجهاز التالي بعد أن يصل السائل مع بخاره إلى حالة اتزان أي يتوقف مستوى الماء إلى حد معين.

ملاحظة: السوائل ذات الضغط البخاري المرتفع تعرف بالسوائل المتطايرة ، اما السوائل ذات الضغط البخاري المنخفض فتسمى السوائل غير المتطايرة.

الاتزان الديناميكي (النشط) Dynamic Equilibrium

- عندما يصل الماء مع بخاره إلى حالة اتزان يظهر لنا أن منسوب الماء داخل الكأس قد توقف عن النقصان فهل هذا يعني توقف عملية التبخر.

- الصحيح أنه تستمر عملية التبخر والتكثف بمعدل متساوي أي ان عدد الجزيئات التي تتبخر تساوي عدد الجزيئات التي تتكثف ، وهذا ما يسمى بالاتزان الديناميكي (النشط).

- وفي هذه الحالة وعند ثبوت درجة الحرارة فإن:

•  ضغط بخار الماء يبقى ثابت
• حجم وتركيز البخار يبقى ثابت 

ملحوظة هامة: لكل سائل ضغط بخاري خاص به عند درجة حرارة معينة

أسئلة على الضغط البخاري

(1) أيهما اعلى ضغط بخار الماء في :

(أ) قارورة مغلقة تحوي نصفها من الماء عند درجة حرارة 25C^o

(ب) برميل مغلق يحوي ثلاث ارباعه من الماء عند درجة حرارة 25C^o 

الجواب: 

ضغط بخار الماء متساوي في الحالتين وذلك لأن ضغط بخار الماء يتغير بتغير درجة الحرارة فقط.

(2) لماذا عند انقاص حجم وعاء ما فإن ذلك لا يؤدي إلى تغيير في الضغط البخاري للسائل عند ثبوت درجة الحرارة.

الجواب:

من المعلوم أنه يمكننا معرفة الضغط البخاري لسائل ما عندما تصبح سرعة التبخر تساوي سرعة التكثف. 

وعندما نقوم بإنقاص حجم الإناء فإن الضغط البخاري سوف يزداد مؤقتاً ، وبذلك سوف تزداد سرعة التكثف بشكل أكبر من سرعة التبخر.

 أي أنه ستتكثف كمية أكبر من البخار (تنقص كمية البخار وتزداد كمية السائل) حتى تتساوى سرعة التبخر مع سرعة التكثف ونصل إلى حالة الاتزان ويعود الضغط البخاري لحالته السابقة.

(3) عند ازدياد حجم وعاء ما فإن ذلك لا يؤدي إلى تغيير في الضغط البخاري للسائل عند ثبوت درجة الحرارة. 

جواب: من المعلوم انه يمكننا معرفة الضغط البخاري لسائل ما عندما تصبح سرعة التبخر تساوي سرعة التكثف وعندما نقوم بزيادة حجم الإناء فإن الضغط البخـاري سوف يقل موقتاً، وبذلك سوف تزداد سرعة التبخر بشكل أكبر من سرعة التكثف.

 أي أنه ستتبخر كمية أكبر من من السائل (تنقص كمية السائل وتزداد كمية البخار) حتى تتساوى سرعة التبخر مع سرعة التكثف وتصل إلى حالة الاتزان ويعود الضغط البخاري لحالته السابقة.

العوامل المؤثرة على الضغط البخاري للسائل

(۱) درجة الحرارة

 كلما زادت درجة الحرارة زاد الضغط الـبـخـاري ، وذلك لازدياد عـدد الجزيئات التي تمتلك الطاقة اللازمة للتغلب على قـوى التجاذب في السائل إلى بخار . ولذك نلاحظ أن الماء يتبخر أكثر في الأوقات الحارة عنها في الأوقات الباردة.

- الجدول الموضح أدناه يبين الضغط البخاري للماء عند درجات حرارة مختلفة:

لاحظ من الرسم السابق أن الضغط البخاري يزداد بازدياد درجة الحرارة .

(۲) طبيعة السائل

 ونقصد بطبيعة السائل مدى التجاذب بين جزيئات السائل ، فكلما زادت قوى التجاذب بين جزيئات السائل كلما قل الضغط البخاري. 

ويمكن توضيح ما سبق في المثال التالي: 

عند 25^oC فإن :

• الضغط البخاري للماء (24mm Hg (H₂O 
• الضغط البخاري للبنزين (92mmHg (C₆H₆

الطريقة البارومترية لقياس الضغط البخاري للسائل

- أملا أنبوبة زجاجية بالزئبق ثم نكسها على حوض به زئبق ، بذلك سوف يرتفع الزئبق في الأنبوب بمقدار 76cm ، والمنطقة التي فوق السائل نعتبرها فراغ . 

- اصنع كما فعلت في السابق ثم ادخل في الفراغ الذي فـوق الزئبق كمية من السائل المراد إيجاد وزنه الجزيئي باستخدام ماصة منحنية ( أغلب السوائل اقل كثافة من الزئبق ولذلك تطفو على سطحه).

نحسب الضغط البخاري من خلال الفرق في المسافة بين سطحي الزئبق في الأنبوتين.