الفرق بين الغاز والبخار: الحالة الغازية والقطرات والنقطة الحرجة

الخلاصة السريعة

البخار حالة غازية؛ ويستعمل الاسم للطور الغازي عند حرارة دون الحرجة. لذلك ليس البخار حالة رابعة، ولا خليطًا من الغاز والسائل بالضرورة. ^[1]

• بخار الماء نفسه غير مرئي؛ السحابة المرئية تضم قطرات أو بلورات جليد. ^[2]
• الغاز قد يتحول إلى سائل عند تغير الظروف؛ ولا تعني تسميته أن حالته دائمة. ^[1]
• النقطة الحرجة تنهي منحنى اتزان السائل والبخار، وليست نقطة اجتماع الحالات الثلاث. ^[3]
• للماء تقع نهاية المنحنى عند 373.946 °C و 22.064 MPa وفق بيانات IAPWS. ^[3]

الاسم لا يغير حالة المادة

تستعمل كلمة «غاز» لوصف الحالة، وكلمة «بخار» في السياق السابق بوصف أدق لها. وعند حرارة دون الحرجة يمكن وجود سائل وبخار في اتزان بشروط مناسبة. ^[1]

المقارنة ليست قائمة من صفات متعاكسة: «هذا يصعد دائمًا وهذا يهبط دائمًا»، أو «هذا دائم وهذا مؤقت». هذه العبارات تجعل الاسم سببًا للسلوك، بينما المطلوب معرفة المادة والظروف.

يمكن أن يتبخر الماء دون غليان. الغليان يتطلب مساواة ضغط البخار بضغط الوسط. ^[1]

في جدول الملاحظات، ضع عمودًا لاسم المادة وعمودًا للحالة وعمودًا للحرارة والضغط. لا تستبدل بيانات الظروف بعبارة «غاز لا يسيل». الاسم وحده لا يجيب عن سؤال ما يحدث عند تغيير تلك الظروف.

ما الذي نراه في الضباب أو السحابة؟

يتكاثف بخار الماء غير المرئي إلى قطرات مرئية، ويمكن للسحب أن تضم بلورات جليد أيضًا. لذلك وجود مظهر أبيض لا يثبت أن الجزء المرئي غاز. ^[2]

يبين الرسم مستويين مختلفين للوصف: جزيئات منفردة ممثلة برموز صغيرة، وقطرة ممثلة بتجمع من هذه الرموز. هذه ليست صورة مجهرية ولا مقارنة فعلية بين أحجام مرئية.

القطرة ماء في الحالة السائلة، أما جزيئات الماء المنتشرة في الطور الغازي فهي بخار. ^[2] وعند قراءة عبارة «سحابة بخار» في وصف يومي، نسأل هل المقصود الجزيئات الغازية أم القطرات التي تكشفها الإضاءة.

لا نحكم على كمية البخار من وضوح الصورة فقط. الرسم يشرح الفرق بين نوعي التمثيل، ولا يقيس رطوبة الهواء أو قطر القطرات أو كتلة الماء. وجود رسم أو صورة لا يغني عن تحديد الكمية المراد قياسها.

أين ينتهي اتزان السائل والبخار؟

تربط بيانات الماء بين حرارة وضغط اتزان الطورين؛ مثلًا عند 200 °C يكون الضغط 1.555 MPa، وعند 300 °C يكون 8.588 MPa. وتنتهي السلسلة عند النقطة الحرجة. ^[3]

الفارق الحسابي بين الضغطين هو 8.588 − 1.555 = 7.033 MPa. هذا فرق بين نقطتين معلومتين، وليس معدل تغير ثابتًا نطبقه على بقية المنحنى.

الرسم يستعمل ست نقاط جدولية من 150 °C حتى النهاية الحرجة. الوصل بينها يساعد على متابعة الترتيب فقط؛ لا نقدم هذه القطع المستقيمة قانونًا دقيقًا لحساب ضغط وسيط.

عند النهاية يزول التمييز بين السائل والبخار؛ وفوق الحرارة الحرجة لا نستعيد حد السائل والغاز بمجرد زيادة الضغط عند حرارة ثابتة. ^[3] لذلك لا نمد المنحنى بعد نهايته كما لو استمر اتزان الطورين.

النقطة الثلاثية تجمع الأطوار الثلاثة في اتزان، والحرجة تنهي تمييز السائل عن البخار. ^[3] التفريق بينهما يمنع تحويل رسم ثنائي الطور إلى ادعاء عن اجتماع الصلب والسائل والغاز في النقطة نفسها.

للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: خواص المواد الصلبة والسائلة والغازية: مقارنة تفسر السلوك.