علوم: ملأ أحد الطلاب وعاء سعته 500 ملل بماء مقطر ووعاء آخر سعته 600 ملل بماء مالح إذا تبخرت كمية الماء المقطر جميعها في 4 أيام بينما تبخرت كمية الماء المالح في 5 أيام فهل تبخر الماء المقطر بشكل أسرع من الماء المالح أم لا؟ وضح إجابتك.
- الإجابة: نعم، لقد تبخر الماء المقطر بمعدل أسرع من الماء المالح.
شرح الإجابة:
للوهلة الأولى، قد تبدو المقارنة غير عادلة نظرًا لاختلاف الكميات والأزمنة، لكن الحقيقة العلمية تكمن في حساب معدل التبخر اليومي لكل سائل. عند قسمة حجم الماء المقطر (500 ملل) على مدة تبخره (4 أيام)، نكتشف أن ما يعادل 125 ملل كان يتحول إلى بخار كل يوم. في المقابل، وبإجراء العملية الحسابية ذاتها على الماء المالح (600 ملل على 5 أيام)، نجد أن معدل تبخره اليومي هو 120 ملل فقط. هذا الفارق الرقمي، على بساطته، هو بوابتنا لفهم ظاهرة فيزيائية أعمق تتعلق بالتركيب الجزيئي لكلا السائلين.
إن عملية التبخر في جوهرها هي رحلة هروب تقوم بها جزيئات الماء من سطح السائل إلى الهواء. يتطلب هذا الهروب امتلاك الجزيئات قدرًا كافيًا من الطاقة الحركية للتغلب على قوى الشد التي تربطها بجاراتها، والتي تُعرف باسم الرابطة الهيدروجينية. في الماء النقي، تكون هذه القوى هي العائق الوحيد أمام الجزيئات. وبالتالي، كلما زادت الطاقة (مثل حرارة الشمس)، زادت سرعة حركة الجزيئات، وتزايدت فرصة تحررها من السطح وانطلاقها في الهواء كغاز.
إقرأ أيضا:لا يمكن أن تؤثر البصمة الرقمية على سمعة المنظمة صواب خطأعندما ننتقل إلى وعاء الماء المالح، فإننا ندخل عنصرًا جديدًا إلى المعادلة وهو الملح الذائب، والذي يتفكك في الماء إلى أيونات موجبة وسالبة (مثل أيونات الصوديوم والكلور). هذه الأيونات المشحونة كهربائيًا تمارس جاذبية قوية على جزيئات الماء القطبية، مكونةً قوى تجاذب بين الجزيئات أشد قوة من تلك الموجودة في الماء المقطر وحده. يمكن تشبيه الأمر بأن الأيونات “تتمسك” بجزيئات الماء بقوة إضافية، مما يجعل مهمة تحررها والتبخر أكثر صعوبة وتتطلب طاقة أكبر.
يترتب على هذه القوة الإضافية تأثير مباشر على ما يُعرف بـ ضغط البخار. السائل الذي تتبخر جزيئاته بسهولة يكون له ضغط بخاري مرتفع، لأنه يطلق الكثير من الجزيئات في الهواء فوقه. الماء المقطر يمتلك ضغطًا بخاريًا أعلى نسبيًا. على النقيض، وجود الأملاح الذائبة يخفّض ضغط البخار للسائل، لأن عدد الجزيئات القادرة على الهروب من السطح في أي لحظة يكون أقل. وانخفاض ضغط البخار هو ترجمة علمية مباشرة لتباطؤ عملية التبخر.
خلاصة القول، إن الإجابة لا تكمن فقط في الأرقام، بل في الفيزياء الكامنة وراءها. لقد تبخر الماء المقطر بشكل أسرع لأن جزيئاته كانت حرة أكثر، ولا يعيقها سوى تجاذبها الطبيعي مع بعضها البعض. أما الماء المالح، فقد فرضت الأيونات الذائبة فيه قيودًا إضافية على حركة جزيئات الماء، مما استلزم طاقة أعلى ووقتًا أطول للوصول إلى نفس النتيجة، وهذا يفسر أيضًا لماذا تكون درجة غليان الماء المالح أعلى من الماء العذب، فكلاهما يعبر عن مدى صعوبة تغيير حالة الماء من سائل إلى غاز.
إقرأ أيضا:من أسس التصميم الجيد للعمل الفني التوازن و الإيقاع فقط