بخلاف الرّأي السّائد، تغلي المياه فعليًّا في أماكن قليلة فقط عند 100 درجة. انضمّوا إلينا في تجربة تعاونيّة ضخمة وتحقّقوا من ذلك بأنفسكم
في أيّ درجة حرارة تغلي المياه؟ 100 درجة؟ ليس بالضّبط، ليس دائمًا. شاهدوا الفيديو الّذي يخالف هذه القاعدة وقوموا أيضًا بالقياس بأنفسكم وانضمّوا إلينا لتجربة الغليان الكبيرة:
غَلَيَانٌ
شرحنا في مقالٍ سابق عن الفرق بين الغليان والتّبخّر، وقد أشرنا إلى حقيقة أنّ التّبخّر يحدث طوال الوقت، في أيّ درجة حرارة، من سطح السّائل. لذلك، على سبيل المثال، يمكن أن يجفّ الغسيل على الحبل عندما تكون درجة الحرارة في الخارج 20 درجة فقط. الغليان هي حالة خاصّة من التّبخّر القويّ، والّتي تحدث من الحجم الكامل للسّائل، وليس فقط من سطحه، وتتميّز بفقاعات من أبخرة المادّة المتبخّرة داخل السّائل.
تختلف درجة الحرارة الدّقيقة الّتي يحدث فيها الغليان من سائل إلى سائل آخر، وتُحدَّد من خلالعامليْن: الأوّل هو قوى التّجاذب بين جسيمات السّائل، الّتي تربطها ببعضها البعض. كلّما كانت قوى الجاذبيّة أقوى، تتبخّر السّوائل بصورة أقلّ قوّة، وبالتّالي ستغلي أيضًا في درجة حرارة أعلى. إذا أخذنا على سبيل المثال السّوائل: الأسيتون، الكحول (الإيثانول)، الماء وزيت الطّهي، سنرى أنّ قطرة من الأسيتون ستتبخّر وتطير في الهواء، في ظروف الغرفة (لنقل 25 درجة وضغط الهواء جوّ واحد) أسرع من الكحول، الّذي سيتبخّر أسرع من المياه، والّتي تتبخّر أسرع (كثيرًا) من الزّيت. ترتفع درجات حرارة الغليان أيضًا وفقًا لذلك: يغلي الأسيتون عند 56 درجة مئويّة، ويغلي الكحول عند 78 درجة، يغلي الماء عند 100 درجة، ويغلي زيت الطّهي عند حوالي 300 درجة (حسب النوع). يمثّل هذا التّرتيب أيضًا قوّة قوى الجذب بين جسيمات السّوائل: أضعف القوى موجودة في الأسيتون، أمّا الأقوى ففي الزيت.
أمّا العامل الثّاني الّذي يؤثّر على درجات حرارة الغليان هو ضغط الهواء: فكلّما انخفض ضغط الهواء، سيغلي السّائل في درجة حرارة أكثر انخفاضًا والعكس صحيح – ترتفع في الضّغط العالي درجة حرارة الغليان.
بارتفاع مستوى سطح البحر، تغلي المياه في 100 درجة مئويّة بالضّبط | تصوير: عيدان جليكزليج
ضغط البُخار
لفهم سبب تأثير ضغط الهواء على درجات حرارة غليان السّوائل، سنتمعَّن في التّعريف العلميّ للغليان ونشرحه. علميًّا، يُعرّف غليان السّوائل بأنّه: "التّبخّر السّريع للسّوائل، الّذي يحدث عندما يكون ضغط أبخرة السّائل مساويًا للضّغط الخارجيّ"، انتبهوا أنّ التعريف لا يشمل ظهور الفقاعات، على الرّغم من أنّ ظهورها عبارة عن ظاهرة تحدث دائمًا عند توفّر ظروف التّعريف.
لكن، ما هو ضغط البخار؟ كما شرحنا في المقال السابق، يحدث التّبخّر في أيّ درجة حرارة من سطح السّوائل، ممّا يعني أنّنا إذا أخذنا قارورة على سبيل المثال، وقمنا بتعبئتها حتّى المنتصف بالماء وأغلقناها، وأوصلناها بمقياس ضغط، سنرى أنّ الضّغط داخل القارورة يرتفع مع مرور الوقت. يحدث هذا بسبب تبخّر الماء: تتحوّل إلى غاز في القارورة، وترفع إضافة الغاز هذه الضّغط بداخلها. لكن بعد مرور فترة معيّنة، سيتشبّع الهواء داخل القارورة ببخار الماء، وستتوقّف المياه عن التّبخّر. بتعبيرٍ أدقّ، لا يتوقّف التّبخّر، لكنّ وتيرة تبخّر الماء السّائل ستتساوى مع وتيرة تكثيف بخار الماء. في مثل هذه الحالة، سيتوقّف الضّغط في القارورة عن الارتفاع. تُعرَّف زيادة الضّغط في القارورة نتيجة تبخّر الماء بداخلها على أنّها ضغط بخار الماء، أي- الضّغط النّاتج عن تبخّر بخار الماء.
كلّما زادت سخونة الماء، زادت سرعة حركة جزيْئاته، وبالتّالي في درجات الحرارة المرتفعة، يتمكّن عدد أكبر من الجزيْئات من التّحرّر من القوى التّي تبقيها في حالة سائلة وتتبخّر في الهواء. وفقًا لذلك، كلّما ارتفعت درجة الحرارة، زاد ضغط بخار السّوائل.
ضغط بخار الماء في درجات حرارة مختلفة
كما نرى في الجدول - في كلّ درجة حرارة أقلّ من 100 درجة مئويّة، يكون ضغط البخار، أيّ شدة الضّغط النّاتج عن تبخّر الماء، أقلّ من جوّ واحد، وهو ضغط الهواء العاديّ في الكرة الأرضيّة عند مستوى سطح البحر. تفسّر هذه الحقيقة سبب عدم غليان الماء، أو ظهور فقاعاته في درجات الحرارة هذه وفي الضغط العاديّ: في جميع درجات الحرارة المنخفضة، يكون ضغط الهواء أكبر من ضغط البخار، وبالتّالي يمنع فقاعات بخار الماء من الانتفاخ داخل الماء. يشبه ذلك إلى حدّ ما البالون المطاطيّ السّميك الذي يضغط على الهواء الموجود بداخله، ولا يسمح له بالانتفاخ. بالمقابل، في درجة حرارة 100 مئويّة، يكون ضغط بخار الماء مساويًا تمامًا لجوّ واحد - والّذي، كما ذكرنا، هو أيضًا ضغط الهواء الخارجيّ عند مستوى سطح البحر. في مثل هذه الحالة، يمكن لبخار الماء أن ينفخ الفقاعات داخل الماء، وأن يسبّب في غليان بوجود فقاعات.
استنتاج آخر من الجدول هو أنّه لا يجب تسخين الماء للتّسبب في ظاهرة الغليان: إذا قمنا بسحب الهواء الموجود فوق الماء، ونصل إلى ضغط هواء مساوٍ لضغط بخار الماء - ستغلي المياه. كما أظهرنا في الفيديو، عندما أخذنا مياهً في درجة حرارة الغرفة، حوالي 25 درجة وسحبنا الهواء الموجود فوقها - بدأت في الغليان دون تسخين على الإطلاق!
مياه تغلي في درجة حرارة الغرفة داخل جرس زجاجيّ يُسحب الهواء من داخله | تصوير: عيدان جليكزليج
بالإضافة إلى ذلك، لأنّ ضغط الهواء يكون مختلفًا في أماكن مختلفة على الكرة الأرضيّة – يعني هذا أنّ المياه ستغلي أيضًا في درجات حرارة مختلفة. كلّما كان المكان أكثر ارتفاعًا من مستوى سطح البحر، يكون ضغط الهواء فيه أكثر انخفاضًا، وستغلي المياه في درجة حرارة أقلّ من 100 درجة. وكلّما كان المكان أكثر انخفاضًا من مستوى سطح البحر، زاد ضغط الهواء فيه، وستغلي المياه هناك في درجة حرارة أعلى من 100 درجة.
بالمناسبة، خارج الكرة الأرضيّة، في الأماكن الّتي لا يوجد فيها غلاف جوّيّ على الإطلاق، مثل القمر على سبيل المثال، لا يوجد ضغط هواء أيضًا، وستغلي الماء في درجة حرارة منخفضة جدًّا، بل وحتّى في أقلّ من صفر درجة مئويّة. هذا هو سبب حاجتنا لبدلة فضائيّة تحافظ على ضغط الهواء. بدونها، ستغلي سوائل الجسم على الفور، ويموت رائد الفضاء.
تأثير الارتفاع (بالنّسبة لمستوى سطح البحر) على درجة حرارة غليان الماء
تأثير الارتفاع كبير لدرجة أنّه من الصّعب العثور على أماكن، باستثناء الشّاطئ نفسه، تغلي فيها المياه في 100 درجة بالضّبط. حتّى في مبنى شاهق بجانب البحر، لن تغلي المياه في 100 درجة بالضّبط. ناهيك عن أماكن مثل القدس، الّتي يبلغ متوسّط ارتفاعها حوالي 715 مترًا فوق مستوى سطح البحر، موقع جبل الشّيخ على ارتفاع حوالي 2000 متر، أو مدينة مكسيكو (2240 مترًا) حيث يكون الحساء، القهوة والشّاي أقلّ سخونة مقارنةً بالأماكن الأخرى لأنّ الماء تغلي هناك في 92 درجة فقط.
تغلي المياه في جبل المشارف في القدس في درجة حرارة حوالي 97.5 درجة | تصوير: عيدان جليكزليج
بالمقابل، فإنّ البحر الميّت هو أكثر الأماكن انخفاضًا على اليابسة في العالم، وهناك رقمان قياسيّان آخران يحتفظ بهما: المكان الّذي يكون فيه ضغط الهواء هو الأعلى، وبالتّالي أيضًا المكان الّذي تغلي فيه المياه في أعلى درجة حرارة.
كما يمكن الحصول على ضغط هواء مرتفع بوسائل صناعيّة - على سبيل المثال "قدر الضّغط" وهو وعاء محكم الإغلاق، والّذي يسمح بالطّهي في ضغط عالٍ تصل فيه درجة حرارة الماء إلى أعلى من 100 درجة.
يسمح قدر الضّغط بالطّهي في درجات حرارة أعلى من 100 درجة | تصوير: عيدان جليكزليج
وفي أيّ درجة حرارة تغلي المياه في منزلك؟ انضمّوا إلينا في تجربة علميّة تعاونيّة: قوموا بقياس درجة الحرارة بمساعدة ميزان حرارة مناسب (كذلك القادر على قياس درجة حرارة لـ 100 درجة)، التقطوا صورة وأبلغونا في موقع العلم التّعاونيّ لتجربة الغليان. تُعرض النّتائج الّتي تمّ الحصول عليها على خريطة إسرائيل، لذلك من المتوقّع الحصول على شيء يشبه الخريطة "الطّبوغرافيّة" - فقط بدلًا من الارتفاع، سنرى اختلافات في درجة حرارة غليان الماء. في انتظاركم!