متى يتحول الغاز إلى سائل

كتابة: الرميصاء رضا آخر تحديث: 25 ديسمبر 2022 , 15:08

يتحول الغاز إلى سائل عند

  • التكثيف.
  • التسييل.

توجد المادة في ثلاث حالات معروفة وهم الحالة السائلة والصلبة والغازية، وتأخذ المادة شكلها الحالي اعتمادًا على درجة الحرارة الموجودة فيها والضغط الذي يمارس عليها، فمثلًا غاز البروبان في درجة حرارة وضغط معينين يتحول إلى الحالة السائلة، ولكن يتطلب تغيير حالة المادة إلى أن تصبح جزيئات المادة أقرب لبعضها البعض أو أبعد عن بعضها بعض، كما هو المعروف أن حزيئات الغازات متباعدة في حين أن جزيئات المواد الصلبة معبأة بإحكام ومتقاربة، لذلك يمكن أن يتحول الغاز إلى سائل ولكن بطرق معينة.

التكثيف: دائمًا ما يتم شرح وتعريف عملية التكثيف على دورة المياه وتحويلها من بخار إلى سائل، والتكثيف هو مرحلة ضمن مراحل دورة الماء الذي يتحول فيها الغازي للماء وهو بخار الماء إلى الحالة السائلة، حيث يتحول الماء إلى بخار عند 100 درجة مئوية حيث تصبح بنية جزيئات الماء مفكوكة وتتشتت الجزيئات على مساحة كبيرة من الفضاء وتصبح غازًا، ثم يتحول مرة أخرى إلى سائل عند 20 درجة مئوية حيث تتحرك الجزيئات في مساحة أصغر، ودورة الماء هذه توضح كيف يتحرك الماء عبر حالاته المختلفة داخل الغلاف الجوي للأرض، ويحدث التكثيف بطريقة طبيعية في الغلاف الجوي، ولا ينطبق على بخار الماء فقط بل ينطبق أيضًا على أنواع الغاز المختلفة التي تحتاج لدرجات حرارة معينة لتتحول فيها إلى سوائل، ولكن العملية الطبيعية تظهر مع بخار الماء في الغلاف الجوي والتي في أربعة صور مختلفة وهي الندى والصقيع والضباب والسحب.

التسييل: تستخدم هذه الطريقة عادةً في الصناعة ولكن يمكن أن تحدث بطريقة طبيعية أيضًا، والتسييل هو تحويل المادة الغازية أو الصلبة إلى مواد سائلة وذلك بتعرضها لحرارة وضغط مناسبين عكس التكثيف الذي لا يحتاج لتغيير درجة الحرارة، والتسييل يستخدم عادة في نقل الغازات حيث يصعب نقلها بحالتها الغازية بسبب الخصائص الفيزيائية للغاز، فيتم نقلها كسائل لاستخدامها والحفاظ عليها من الإهدار، والأكسجين وثاني أكسيد الكربون يتم تحويلهم إلى سوائل لنقلهم واستخدامهم بعد ذلك وذلك من خلال ممارسة ضغط كافي ودرجة حرارة مناسبة لتقريب الجزيئات من بعضها وذلك عن طريق خفض درجات الحرارة وزيادة الضغط، فتتحول الغازات إلى سوائل ويسهل نقلهم.[1][2][3]

ما الفرق بين التسييل والتكثيف

  • الحالة.
  • الضغط ودرجة الحرارة.
  • الطرق المستخدمة.
  • مثال.

على الرغم من أن التسييل والتكثيف من طرق تحويل الغاز إلى سائل وكلاهما يؤدون إلى تقريب جزيئات المادة من بعضها البعض، حتى يسهل نقل الغاز واستخدامه أو يتحول إلى حالته السائلة في الغلاف الجوي، فإن التسييل والتكثيف بينهم بعض الاختلافات التي تميز كل واحدة منهم عن الأخرى منها:

الحالة: لكل من التسييل والتكثيف حالات يعملون عليها بكفاءة، فالتسييل يشير إلى تحويل المادة من طور الغاز إلى طول السائل باستخدام تغيير بعد الأشياء والعوامل المحيطة بالغاز، والتكثيف يشير إلى تحويل المادة من غاز إلى سائل أو صلب ولكن بدون الحاجة لتغيير أي شيء من البيئة المحيطة بالغاز، يكفي فقط تعريضه لسطح بارد حتى يتم تكثيفه بسهولة.

الضغط ودرجة الحرارة: في التسييل تكون درجة الحرارة والضغط مسؤولين عن التحول الذي يحدث للغاز، وليس هذا فقط بل هناك عوامل أخرى كثيرة تؤثر على تحويل الغاز إلى سائل، ولكن التكثيف لا يتأثر بدرجة الحرارة ولا الضغط، ولا يحدث أي تغيير لدرجة حرارة الغاز وضغطه، الغاز يتحول باستخدام أسطح أخرى بدرجات حرارة معينة فدرحة الحرارة هي درجة حرارة السطح وليس الغاز.

الطرق المستخدمة: يمكنك بكل سهولة أن تؤدي عملية التكثيف في المنزل باستخدام سطح بارد بمواجهة البخار المتصاعد من ماء يغلي، ويمكن للتكثيف أن يحدث في الجو بسهولة وبصورة طبيعية، فالتكثيف يحدث في أغلب الأحيان بصورة طبيعية وإذا حدث بتدخل إنسان فيكون تجربة بسيطة، أما التسييل فيمكن أن يحدث للغازات الموجودة في الجو بصورة طبيعية ولكن في معظم الحالات يكثر استخدامه في الصناعات ونقل الغازات إلى محطات الوقود والمصانع لاستخدامه مرة أخرى وحتى لا يتم إهداره.

مثال: بسبب استخدام الأكسجين في عمليات التنفس مثل في حالة المرض بضيق التنفس أو في عمليات الغطس في البحار، فلا بد من مليء الأكسجين في إسطوانات حتى يتم استخدامه وكذلك الهيدروجين وتتم هه العملية عن طريق استخدام الضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة، فهذا مثال على التسييل.

أما التكثيف، فيظهر بصورة واضحة جلية في تحويل جزيئات بخار الماء الموجود في الهواء إلى سائل الماء بكل سهولة.[4]

كيف تحدث عملية تسييل الغاز

  • ضغط الغاز عند درجات حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة.
  • جعل الغاز يقوم بمقاومة قوة خارجية.
  • جعل الغاز يعمل ضد قواه الداخلية.

درجة الحرارة الحرجة والضغط الحرج هما خاصيتان مميزتان للغازات ودرجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي عندها أو في درجة أعلى منها يتسبب الضغط أيًّا كانت درجته إلى إسالة هذا الغاز، والضغط الحرج هو الحد الأدنى من الضغط المطلوب لتسييل الغاز عند رجة الحرارة الحرجة، ويسيل الغاز عندما يتم تطبيق واحدة من الطرق الثلاثة وهم:

ضغط الغاز عند درجات حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة: في هذه الطريقة يتم استخدام الضغط فقط لتسييل الغاز وذلك من خلال معرفة درجة الحرارة الحرجة لهذا الغاز، ثم درجة الضغط الحرج لهذا الغاز ومن ثم القيام بتطبيقه، فمثلًا في حالة غاز الأمونيا والتي تبلغ درجة الحرارة الحرجة له 133 درجة مئوية ودرجة الحرارة هذه أعلى بكثير من درجة حرارة الغرفة لذلك يتم استخدام الضغط فقط لتسييل الغاز وهو استخدام ضغط 112.5 ضغطًا جويًّا، على الرغم من المعروف أن انخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى تكثيف الغاز ولكن يتوقف الأمر على الغاز نفسه ودرجة الحرارة الحرجة.

جعل الغاز يقوم بمقاومة قوة خارجية: تقوم هذه الطريقة على وجود مقاومة شديدة خارجية للغاز، لا يستطيع الغاز مقاومتها فيتحول مباشرة إلى سائل وهي نفس فكرة المحرك البخاري، والذي يقوم على فكرة أن الماء يغلي ثم يتم إدخال البخار الناتج في أسطوانة، ويقوم البخار بدفع مكبس يتحكم في بعض الآلات فيفقد الطاقة وتنخفض درجة الحرارة، وإذا وصلت درجة الحرارة إلى درجة الحرارة الحرجة فيتحول الغاز إلى سائل بسهولة وهذه هي نفس الطريقة المتبعة في أنظمة التبريد.

جعل الغاز يعمل ضد قواه الداخلية: إن هذه الطريقة تعتبر أسهل وأبسط طريقة لتسييل الغاز ببساطة وذلك لأنها تعتمد على الاستفادة من القوى الداخلية بين جزيئات الغاز، وتحدث هذه العملية من خلال إجبار الغاز على المرور من فوهة صغيرة أو من سدادة ذات مسام ضيقة، فإذا كانت درجة الحرارة الأصلية للغاز أقل من درجة الحرارة المعروفة بدرجة حرارة الانعكاس فسوف يتم تبريد الغاز دائمًا عند مروره من الفوهة أو السدادة، وفي بعض الحالات قد لا يكون التبريد الحادث أثناء مرور الغاز من الفوهة أو السدادة ذات الثقوب ليس كافيًا، ولكن من المحبذ تكرار العملية أكثر من مرة فكل مرة تنخفض درجة حرارة الغاز أكثر من المرة السابقة فيتحول الغاز إلى سائل.[5]

إشترك
نبّهني عن
guest
0 تعليقات
رد خطي
الإطلاع على كل التعليقات
زر الذهاب إلى الأعلى