كيف تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة خلال عملية

تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة خلال عملية التكثيف .

عندما تنتقل المادة من حالة إلى حالة أخرى سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية، تختلف كل حالة منهم عن الآخرى في الخصائص وحتى اسم العملية التي يقومون بها نتيجة لتغير تلك الحالة، وفي هذا المقال سوف نوضح كيفية تحول المادة من الحالة الغازية إلى السائلة وماذا تُسمى العملية المسؤولة عن ذلك التحول، سوف نلاحظ أنك إذا قمت بتبريد مادة غازية، سوف يكون انتقال للمرحلة من الغاز إلى السائل وتُسمى تلك العملية بعملية التجميد، تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة خلال عملية التكثيف، فتحتوي جزيئات الغاز على كمية عالية جدًا من الطاقة، ولكن عندما يتم تبريدها، تقل هذه الطاقة بالتدريج لدى القوى الجذابة، وتلك تكون الفرصة لتقريب الجزيئات من بعضها، وهكذا يتكشل السائل من خلال عملية التكثيف، فتصبح الجسيمات في شكل كتل، ولكن كما ذكرنا من قبل أنه يتم إزالة الطاقة وذلك عن طريق التبريد، فتبدأ الجزيئات في الاصطفاف مع بعضها، وتهبط في صورة ماء سائل، فمن المعروف أن الهواء مليء بالماء، كبخار الماء، وحتى لو لم تستطع رؤيته فهو موجود حولنا في كل مكان، فبختصار التكثيف هو عملية عودة بخار الماء إلى ماء سائل، وسوف نجد أن أفضل مثال على ذلك هي السحب الكبيرة الرقيقة التي تطفو في السماء فوق رؤسنا، وعندما تتحد قطرات الماء في السحب، فإنها تصبح بذلك الشكل ثقيلة بما يكفي لتكوين قطرات مطر تمطر على رأسنا من خلال تحول الغاز إلى سائل، وفي هذا لمقال سوف نتحدث عن عملية التكاثف وتأثيرها على الظروف الجوية بشكل عام

اقرأ أيضاً كيف تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة والمزيد من الآتي: كيف يتكون الفحم الحجري ؟.. ومراحلها

تكثيف بخار الماء

يعتبر التكثيف هو العملية التي يتم من خلالها تحويل بخار الماء الموجود في الهواء إلى ماء سائل، ويعتبر التكثيف أيضًا أمرًا ضروريًا لدورة المياه لأن هو المسؤول عن تكوين الغيوم، والتي تتشكل من تصاعد الغازات، والتي من خلالها يتم إنتاج الأمطار وهطولها من السحب، وهو أيضًا الطريق الأساسي لعودة الماء إلى سطح الأرض مرة أخرى خلال دورة المياه، فمن المعروف أن عملية التكثيف عكس عملية التبخر، والتي فيها يتم تحويل المادة السائلة إلى مادة غازية من خلال ارتفاع درجات الحرارة، لا يتمثل مثال التكثيف على السحب فقط ولا يُمثل هبوط الأمطار فقط، وإنما التكثيف مسؤول أيضًا عن ضباب مستوى الأرض، وعن تعفير الأكواب عند التنقل من غرفة باردة إلى خارجها في يوم حار ورطب، وبالطبع عن الماء الذي يتساقط من السطح الخارجي للكوب المثلج، وعن الماء الداخل إلى نوافذ المنزل في يوم بارد، يتم ظهور تغير الطور الذي يصاحب الماء أثناء انتقاله بين البخار إلى سائل ومن ثم إلى الشكل الصلب إلى طريقة ترتيب جزيئات الماء، فيتم ترتيب جزيئات الماء في شكل بخار بشكل عشوائي أكثر من الماء السائل، وعندما يحدث التكثيف ويتشكل الماء السائل من البخار، تُصبح حينها جزيئات الماء أكثر تنظيمًا، ومن هنا يتم إطلاق الحرارة في الغلاف الجوي.

تأثير التكثيف في الطقس

• تأثير برودة الهواء في نزول الأمطار.
• التكاثف الأرضي.
• الضغط.

على الرغم من غياب الغيوم في السماء الزرقاء الصافية، إلا أنه لا يزال الماء موجودًا على شكل بخار ماء، وقطرات صغيرة جدًا منه والتي لا يمكن رؤيتها بسهولة، يمكن لعملية التكثف التأثير في الطقس وذلك يكون معتمد على الظروف الجوية، فعند حدوث عملية التكثف في الهواء يتم دمج جزيئات الماء مع الجزيئات الصغيرة من الغبار والملح والدخان المتواجدين في الهواء لتشكيل قطرات من السحب، والتي بعد ذلك تتحد وتنمو وتتطور إلى غيوم، وهو يعتبر شكل من أشكال الماء التي يمكننا رؤيته.

تأثير برودة الهواء في نزول الأمطار: من الممكن أن تختلف قطرات السحب في الحجم وبشكل متفاوت، ففي الطبيعي تكون من 10 ميكرون إلى 1 مليمتر وحتى حجم 5 مم، تحدث عملية التكثف غالبًا في أعلى مكان في السماء حيث يكون هناك الهواء أكثر برودة عن الأرض، وبالتالي يحدث الكثير من عملية التكثيف مقارنًة بعملية التبخر، فعندما تتحد قطرات الماء مع بعضها والمعروفة أيضًا باسم الالتحام، ويتم نموها في الحجم، لا تتطور حينها الغيوم فقط، بل قد يحدث هطول للأمطار أيضًا وبالتالي يتغير الطقس إلى ممطر، والهطول هو في الأساس عبارة عن ماء في شكل سائل كان أو صلب يتم تساقطه من قاعدة السحابة،

التكاثف الأرضي: في الواقع يكون شكل السحب الناتجة عن عملية التكثيف معقد بالنسبة للبيئة الأرضية، فتقوم السحب بتنظيم تدفق الطاقة المشعة داخل وخارج نظام المناخ الأرضي، فتقوم بالتأثير على المناخ من خلال عكس الإشعاع الشمسي الوارد وهي الحرارة، وبثها إلى الفضاء والإشعاع الخارجي وهي الأرض، وذلك يحدث في أغلب الأوقات أثناء الليل، أما الغيوم المتواجدة فتكون بمثابة الغطاء، الذي يحافظ على أجزاء من حرارة النهار المتواجدة بجوار السطح، وبما أن للسحب تأثير في المناخ الأرضي فسوف نجد أن أي تغير في أنماط السحب يعمل في تعديل توازن الطاقة الأرضية، وبالتالي درجات الحرارة.

الضغط: وكما شرحنا من قبل، وقلنا أن الغيوم تتكون في الغلاف الجوي، وذلك لأن الهواء الذي يحتوي على بخار الماء يرتفع إلى أعلى ثم يبرد، ويتم تصاعد الهواء من خلال تسخينه بواسطة الإشعاع الشمسي بالقرب من سطح الأرض ثم بعد ذلك يتصاعد في صورة غازات أو أبخرة ثم تتكون الغيوم ويبرد ويسقط الماء وبالتالي يكون تحول إلى سائل، ولكن في ظل كل ذلك هل تعلم لماذا يبرد الغلاف الجوي فوق سطح الأرض؟ إذا تحدثنا بشكل عام  فسوف نجد أن ضغط الهواء هو السبب في برودة الغلاف الجوي، ويرجع ذلك إلى كتلة الهواء والجاذبية الأرضية والوزن، فسوف نجد أن عند مستوى سطح البحر يكون وزن عمود الهواء الذي يضغط على الرأس حوالي 14 رطلًا أي 6.6 كجم لكل بوصة مربعة، وهنا يكون الضغط هو الممثل للوزن، ولكن يُسمى حينها بالضغط الجوي، الناتج عن كثافة الهواء، أما في الارتفاعات العالية فسوف نجد نسبة الهواء أقل وبالتالي يكون ضغط الهواء أقل وبالتالي يضغط لأسفل، ويكون حينها الضغط الجوي أقل، وعند نكتشف أن الضغط الجوي المنخفض مرتبط  بشكل أساسي بعدد أقل من الجزيئات لكل وحدة حجم، ولذلك يكون الهواء في الارتفاعات العالية أقل كثافة، وذلك يرجع إلى أن المحتوى الحراري الكلي لنظام ما مرتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية المادة الموجودة، وبالتالي يكون أكثر برودة عند الارتفاع إلى أعلى، فبختصار عندما توجد جزيئات هواء أقل في حجم معين من الهواء العالي، هذا يعني أن الهواء أكثر برودة.

اقرأ أيضاً كيف تتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة والمزيد من الآتي: الفرق بين درجة الحرارة والطاقة الحرارية بالتفصيل

التكاثف الجاف

من الممكن أن يحدث التكثيف أيضًا على مستوى سطح الأرض، وهنا يكمن التشكل في الفرق بين الضباب والسحب التي تتشكل فوق سطح الأرض، هو أن الهواء المتصاعد إلى السماء ليس مطلوب لتكوين الضباب، فنرى أن الضباب يتكون عندما يتلامس الهواء ذو ​​الرطوبة العالية نسبيًا مع السطح الأكثر برودة، عندها تتكون الرطوبة العالية، ويبرد إلى نقطة الندى، فسوف نجد أن التبريد الإضافي قد يؤدي إلى التكثيف، ونمو السحب المنخفضة المستوى، يُعرف الضباب أيضًا الذي يتطور عندما يتحرك الهواء الأكثر دفئًا، على السطح الأكثر برودة، وعندها يتطور شكل آخر من أشكال الضباب، والذي يُعرف باسم الضباب الإشعاعي، والذي يتكون في الليل عندما تبرد درجات الحرارة على السطح، أما إذا كان الهواء ثابتًا، فحينها لن تختلط طبقة الضباب مع بعضها بسهولة مع الهواء الذي فوقها، وذلك الذي يشجع على تكوين النوع الثاني من الضباب وهو الضباب الأرضي الضحل.