الغازات المسالة
الغازات المسالة
التسييل هو تحويل المادة الغازية إلى حالتها السائلة. هذا التغيير هو نتيجة للتغير في الظروف الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط والحجم.
كان توماس أندرو أول من قام بدراسة تغير الحالة من الغازات إلى السوائل في ثاني أكسيد الكربون.
وقد اكتشف فيما بعد أن معظم الغازات الحقيقية تتصرف مثل ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) وتتحول من الغازات إلى السوائل إذا تم تحقيق التغيرات الفيزيائية المثلى في درجة الحرارة والضغط.
في تجربته على ثاني أكسيد الكربون ، توصل أندروز إلى نتيجة مفادها أنه في درجات الحرارة المرتفعة، على الرغم من الضغط العالي، لا يمكن تسييل الغازات. وأيضاً مع ارتفاع درجة الحرارة تظهر الغازات انحرافاً كبيراً عن السلوك المثالي.
في حالة ثاني أكسيد الكربون، عند درجة حرارة 30.98 درجة مئوية، بدأ الغاز يتحول إلى سائل.
درجة الحرارة الحرجة والحجم والضغط
لاحظ أندروز في تجربته أنه فوق درجة حرارة معينة، لا يمكن تسييل عينة الغاز، مهما ارتفع الضغط.
درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي يتحول عندها الغاز إلى سائل. ومع زيادة درجة الحرارة، يزداد أيضًا الضغط اللازم لتسييل الغاز.
وكانت درجة الحرارة هذه هي أعلى درجة حرارة يظهر فيها الغاز على شكل سائل. إنها درجة الحرارة الحرجة أو T C .
تلعب الثوابت الحرجة دورًا أساسيًا في تغير حالات المادة. الثوابت الحرجة هي الضغط الحرج ودرجة الحرارة والحجم.
يعرف حجم مول واحد من حجم الغاز المسال عند درجة الحرارة الحرجة بالحجم الحرج (V c ) بينما يسمى الضغط المطلوب لتسييل الغاز عند درجة الحرارة الحرجة بالضغط الحرج (p c ).
تأثير الضغط والتبريد
الضغط هو عملية زيادة الضغط على جزيئات الغاز. فهو يجعل الجزيئات قريبة من بعضها البعض. وبمجرد أن تقترب الجزيئات من بعضها البعض، تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى إبطاء الحركة العشوائية للجزيئات.
هذا العمل المزدوج للضغط والتبريد يحرض التفاعلات بين الجزيئات. ومع بداية هذا التفاعل بين الجزيئات، تتحرك الجزيئات تدريجيًا وبشكل متقارب تجاه بعضها البعض مما يؤدي إلى تغير الحالة.
النيتروجين المسال
هو شكل من أشكال النيتروجين الذي يتم تبريده إلى درجة حرارة شديدة الانخفاض حتى يتحول إلى سائل.
ويتم ذلك عن طريق تعريض النيتروجين الغازي لدرجات حرارة تصل إلى حوالي 196 درجة تحت الصفر مئوية، وتحت ضغط عالي جداً.
ويتميز النيتروجين المسال بأنه عديم اللون والرائحة والطعم، ويتم استخدامه في العديد من التطبيقات الصناعية والطبية والعلمية، مثل تبريد المواد الحساسة للحرارة وتخزين العينات الحيوية وتبريد الكمبيوترات والأجهزة الإلكترونية وغيرها من الاستخدامات.
كيفية تحضير النيتروجين المسال في المعمل؟
يتم تحضير النيتروجين المسال في المعمل بطريقة تسمى “عملية التقطير التجزيئي” (Fractional distillation)،
والتي تعتمد على فصل المكونات الرئيسية للهواء (النيتروجي ن والأكسجين والأرجون وغيرها) باستخدام عملية التقطير بالتبخر.
في هذه العملية، يتم ضغط الهواء المحتوي على النيتروجين والأكسجين والأرجون وغيرها،
وتبريده بواسطة وحدة تبريد حتى يتحول إلى الحالة السائلة. ثم يتم إدخال الهواء المسال إلى وحدة التقطير،
حيث يتم تسخينها بطريقة تدريجية لتبخر مكونات الهواء عند درجات حرارة مختلفة تبعاً لنقطة غليان كل مكون.
دور مضخات الطرد المركزي أثناء إنتاج الغازات المسالة:
تلعب مضخات الطرد المركزي دورًا مهمًا أثناء إنتاج الغازات المسالة وكذلك نقلها وتخزينها وتوزيعها. تتميز الغازات المسالة بأنها – على عكس الحالة الغازية للتجميع – يمكن نقلها وتخزينها بسهولة نسبية.
يتم تحقيق التسييل عن طريق الضغط أو التبريد. يخضع الغاز المسال بعد ذلك لعملية إعادة التحويل إلى غاز بسبب الضغط المتحرر ويمكن تغذيته إلى الوحدات المستهلكة عبر المضخات.
المهمة الأساسية لمضخات الغاز المسال في عمليات الإنتاج هي نقل الغاز أو إثراء السوائل بالغازات . في صناعة المشروبات، على سبيل المثال، يتم إثراء المياه المعدنية والمشروبات الغازية بانتظام بثاني أكسيد الكربون (CO2).
وتستخدم الغازات المسالة الأخرى في معالجة المياه ومياه الصرف الصحي. كما تعمل محطات التبريد بالغازات المسالة.
المراجع:
1- موقع www.toppr.com/guides/chemistry/states-of-matter/liquefaction-of-gases أطلعت عليه بتاريخ 5/4/2024.
2- موقع www.byjus.com/question-answer/explain-briefly-how-gases-can-be-liquified أطلعت عليه بتاريخ 5/4/2024.
3- موقع https://www.edur.com/en/applications/liquefied-gas أطلعت عليه بتاريخ 5/4/2024.
