سر ظهور الفقاعات في الماء المغلي: روابط وتسلسل أحداث

​ فقاعات صغيرة ترتفع من الأسفل إلى الأعلى، تتباعد عن بعضها البعض، لا يستطيع أحد أن يقترب إليها أو يلامسها، فدرجة حرارتها المرتفعة تلتهم الطبقة الرقيقة من جسم الإنسان، فكلما علت درجة حرارة الماء، كثرت تلك الفجوات الهوائية، وازداد حجمها.

ذرات المياه عند ارتفاع درجة حرارتها تتخذ 3 تحويلات مختلفة عن الأخرى، إذ تبدأ في التحول من الوضع السائل إلى الوضع الغازي حال وصولها إلى درجة الغليان، لأسباب لايعرفها الكثيرون، إذ تتعلق بكيمياء الماء نفسه، وبشكل أكثر تحديدًا، يتعلق الأمر بجميع المواد المذابة في الماء، فضلاً عن طبيعة الترابط بين جزيئات الماء، بحسب موقع scienceabc العلمي.

الخواص الكيميائية لجزيئات الماء

يتكون كل جزيء من الماء من ذرتين من الهيدروجين(H) وذرة أكسجين(O)، وكل ذرة من ذرات H مرتبطة تساهميًا بذرة O الوحيدة، وعندما يقترب اثنان من جزيئات الماء ذات الاستقطاب الطفيف من بعضهما البعض، فإن الأكسجين السالب جزئيًا يجذب الهيدروجين الموجب لتكوين رابطة ضعيفة بين الجزيئات، وهذا ما يسمى برابطة الهيدروجين، وهي القوة المسؤولة عن تماسك جزيئات الماء معًا.

ولأن رابطة الهيدروجين ضعيفة، يظل الماء سائلاً في درجة حرارة الغرفة ومع ارتفاع درجة الحرارة، تكتسب الجزيئات المزيد من الطاقة للتغلب على الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات، وعند 100 درجة مئوية، تكون الطاقة كافية لتحرير الجزيئات.

المواد المُذابة في الماء

لا يمكن إذابة مادة في مادة أخرى إلا عندما يكون هناك تفاعل بين جزيئات المادتين، وبالمثل، فإن بعض الغازات، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، تذوب في الماء بسبب وجود بعض التفاعل الجذاب بين جزيئات الماء وجزيئات الغاز.

تسلسل الأحداث عند غليان الماء

الماء السائل في درجة حرارة الغرفة(25 درجة مئوية)، عند درجة الحرارة هذه، تبلغ قابلية ذوبان غاز الأكسجين 8.27 مجم / لتر، وذوبان غاز ثاني أكسيد الكربون 1.5 جم / لتر، ومع ارتفاع درجة الحرارة، تكتسب جزيئات الغاز والماء المزيد من الطاقة الحركية التي تسهل على جميع الجزيئات التغلب على التجاذب بين بعضها البعض.

عند 50 درجة مئوية، تنخفض قابلية ذوبان الأكسجين إلى 2.75 ملجم / لتر ويقل ذوبان ثاني أكسيد الكربون إلى 0.75 جم / لتر، وهذا الانخفاض يعني أن الجزيئات الغازية يمكنها التغلب على عوامل الجذب الضعيفة بين الجزيئات.

ونظرًا لأن كثافة جزيئات الغاز أقل من كثافة الماء، فإنها ترتفع إلى القمة على شكل فقاعات، وتؤدي زيادة درجة الحرارة إلى ظهور فقاعات من الجزيئات القطبية مثل ثاني أكسيد الكربون.

رحلة الفقاعات حتى الوصول إلى نقطة غليان الماء

تستمر هذه الفقاعات حتى الوصول إلى نقطة غليان الماء، وتسخين المياه ليس موحدًا تمامًا، مما يعني أن هناك مناطق ذات درجات حرارة أعلى وأقل، وعند درجات حرارة أعلى من 90 درجة مئوية، تكتسب بعض جزيئات الماء بالقرب من القاع طاقة كافية للانتقال إلى مرحلة البخار، وتتشكل مناطق المياه الغازية، التي هي عبارة عن فقاعات ضخمة ترتفع من القاع.

ونظرًا للحركة القوية للجزيئات، فإن التسخين بالحمل الحراري يرفع درجة الحرارة بشكل أكبر، وعند درجة حرارة 100 درجة مئوية، تمتلك جميع جزيئات الماء تقريبًا طاقة حركية كافية للانتقال إلى مرحلة البخار وتبدأ فقاعات بخار الماء في الارتفاع بسرعة.