محتويات
ما هو بخار الماء؟
يمكن تعريف بخار الماء (بالإنجليزية:Water Vapor) بأنه الحالة الغازية للماء؛ وهو غير مرئي تمامًا، ويُعد بخار الماء من أهم غازات الدفيئة على وجه الأرض، إذ يمثل نحو 90% من تأثير الدفيئة الطبيعية على سطح الأرض.[١]
الأمر الذي يُساعد على توفير درجة حرارة مناسبة لدعم الحياة على سطح الأرض، كما يُعد بخار الماء من العناصر المهمة للطقس والمناخ؛ إذ يساهم في تشكيل الغيوم والمطر والثلج.[١]
وتجدر الإشارة إلى أن كمية بخار الماء المتبخرة من سطح الأرض تعود إليها على شكل أمطار أو ثلوج، فعندما يتحول الماء بصورته السائلة إلى صورته الغازية كبخار ماء، فإنه يمتَص كميات مُعينة من الحرارة، ما يساعد على تبريد سطح الأرض.[١]
وتُطلق تلك الحرارة الممتصة وتُدعى بالحرارة الكامنة للتكثيف، وعندها يتكثَّف بخار الماء مكونًا سحابة، ويُساعد مصدر الحرارة هذا على تحريك السُحب وتكثيف الماء فيها، وبذلك تتكون المياه المكونة للأمطار.[١]
ما هو تبخر الماء؟
تُعرف عملية التبخر بأنها العملية التي يتحول بها عنصر أو مركب من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية دون الوصول إلى درجة الحرارة التي يغلي عندها، كما يُمكن تعريف بخار الماء بأنه العملية التي يدخل بها الماء السائل في الغلاف الجوي على شكل بخار ماء.[٢]
ويُعدُّ بخار الماء جزءًا من دورة الماء في الطبيعة، ويحدث معظم التبخر من البحار والمحيطات ومن الغطاء النباتي، الذي يساهم بدوره في تجديد رطوبة الهواء، بالإضافة إلى أنه جزء مهم من عمليات تبادل الطاقة بين سطح الأرض والغلاف الجوي.[٢]
كيف يتشكل بخار الماء؟
تُعدّ الحرارة (الطاقة الحرارية) عاملًا رئيسيًا في تشكيل بخار الماء، فهي العامل الرئيسي لفك تركيب بخار الماء وتكسير روابط جزيئاته عن ببعضها البعض، بالتالي يتبخر الماء عند درجة حرارة 100°.[٣]
ومن الجدير بالذكر أن الماء يتبخر بشكل أبطأ من عملية التجمد، ولا يحدث التبخر إلا بعدما يتجاوز معدل التبخر معدل التكثيف أو التجمُد، أما عن الفائدة من عملية التبخر، فهي أنها تقلل من حرارة الطقس، ويمكن ملاحظة أن الماء المُتبخر من البشرة هو الذي يبردها.[٣]
ما أهم مصادر بخار الماء؟
تتعَدَد مصادر بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي؛ وفيما يأتي أبرزها:[٤]
- الأتربة
الماء المتبخر من داخل الأتربة الموجودة في الغطاء النباتي أو المُسطحات المائية.
- النتح
أحد مصادر بخار الماء الرئيسية، ويعرف بأنه فُقدان الماء عبر أوراق النباتات.
- التسامي
تحول الجليد أو الثلج لبخار ماء مُباشرةً دون المرور بمرحلة الذوبان السائلة.
- الإفرازات
إفرازات الحيوانات والكائنات الحية من الماء عن طريق التنفس أو التبول.
تعرّف أهم خصائص بخار الماء
يمتاز بُخار الماء بأن له نفس الصيغة الكيميائية والصفات الفيزيائية للماء، وفيما يأتي توضيح لأبرزها:
خصائص بخار الماء الفيزيائية
فيما يأتي ذكر لأبرز خصائص بخار الماء الفيزيائية:[٥]
- حالة المادة
حالة بخار الماء غازية، وهذا لا يعني أن بخار الماء سيبقى على حاله للأبد، وعند تكثُّفه يتحول للحالة السائلة.
- الحجم
حجم بخار الماء (أي الكتلة المولية عند درجة حرارة صفر) تساوي 18.02 غ/مول.
- الكثافة
كثافة بخار الماء أقل من كثافة الهواء، وبالتالي فهو يطفو في الهواء.
- درجة الغليان
درجة الغليان بخار الماء شبيه بدرجة غليان الماء في الهواء، وتبلغ 99.98°.
- ضغط بخار الماء
يُعرف الضغط البخاري بأنه الضغط الذي يُمارس من قِبل بخار الماء، عندما يكون في حالة اتزان مع الحالة السائلة أو الصلبة له، أو في كليهما؛ أي عندما تتوافر الظروف الملائمة لوجود المادة في إحدى حالاتها الثلاث أو في جميعها.[٦]
كما يُعرف بأنه مقياس ميل الماء إلى التغير إلى الحالة الغازية (البخارية)، ويزداد الضغط البخاري بارتفاع درجات الحرارة، ويُطلق على درجة الحرارة التي يتساوى فيه الضغط البخاري على سطح الماء أو المادة عامة مع ضغط المنطقة المحيطة به باسم نقطة غليان الماء أو السائل.[٦]
خصائص بخار الماء الكيميائية
فيما يأتي ذكر لأبرز خصائص بخار الماء الفيزيائية[٧]
- التفاعلات الحمضية القاعدية
أهم الخصائص الكيميائية للماء وبُخار الماء هي قدرته على التصرف كيميائيًا كقاعدة مُستقبلة لبروتون المادة، وكحمض مانح للبروتون.
- تفاعلات الأكسدة والاختزال
عندما يكون المعدن النشط مُتصلًا مع الماء وهو ما يزال بحالته السائلة يحدث تفاعلات قوية للماء طاردة للحرارة.
ما هي العوامل المؤثرة على تشكل بخار الماء؟
الصيغة الكيميائية لبخار الماء هي ذاتها للماء (H2O)، إلا أن جزيئات الماء الموجودة في البخار تتفاعل مع بعضها البعض بشكل أقل، كما أنها غير مُنظمة كما هو الحال في جزيئات الماء والجليد، ويَعتمدُ بخار الماء (كما يعتمد الماء) على ثلاث عوامل أساسية هي؛ الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة، وفيما يأتي تفصيل لكل منها:[٨]
- الضغط الجوي
تبلغ درجة حرارة غليان الماء نحو 100°، إلا أن هذه الحرارة هي درجة الغليان عند ضغط مستوى سطح البحر، فمع انخفاض الضغط الجوي ستحتاج المياه إلى درجة حرارة أقل للتبخر؛ أي أن العلاقة بين الضغط الجوي وبخار الماء طردية، فإذا كان الضغط منخفضًا بما يكفي يمكن الحصول على بخار الماء مباشرة من الجليد.
- درجات الحرارة
تزداد نسبة بخار الماء في الهواء مع ازدياد درجة حرارة الهواء الجاف؛ أي أنَّ العلاقة طردية بين درجة الحرارة وبُخار الماء، أي أنَّ تبريد درجة حرارة الهواء من شأنه تخفيض البخار فيه، لذلك لأن نسبة بخار الماء الموجودة في الهواء تختلف باختلاف درجات الحرارة.
- الرطوبة
تُشير الرطوبة إلى كمية الماء الموجودة في الغلاف الجوي، وتُقسم الرطوبة المرتبطة ببخار الماء إلى رطوبة نسبية ورطوبة مطلقة، وفيما يأتي تفصيل لكل منهما:
- الرطوبة النسبية
تُعبِّرعن كمية بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي مقارنةً بالكمية القصوى من بخار الماء، والتي يمكن أن يحتفظ بها الهواء عند درجة حرارة معينة، ويمكن تحديد الرطوبة النسبية باستخدام الرسوم البيانية الخاصة، بالإضافة إلى مقياس رطوبة الجو أو موازين الحرارة.
- الرطوبة المطلقة
تتكون من تركيز بخار الماء أو كثافة الهواء، ويمكن التعبير عنها باستخدام العلاقة الرياضية الآتية: كثافة البخار= كتلة البخار ÷ حجم الهواء، إذ تتغير الرطوبة المطلقة بتغير درجات الحرارة أو الضغط، والتي تسبب بدورها تغيرًا في الحجم الذي يؤثر على نسبة تبخُر الماء.
تجربة عملية على تشكل بخار الماء في منزلك!
هل تساءلت يومًا عن طريقة تشكُّل الغيوم؟ يُمكنك القيام بتجرُبة منزلية بسيطة لتشكيل سحابة في حال كُنت طالبًا أو رغبت في تعليم أخاك أو ابنك، لأن تشكُّلها يعد مثالًا قويًا على تكاثف وتجمُد بخار الماء، وفيما يأتي سنوضح الأدوات التي ستحتاجها وخطوات العمل بالتفصيل.
أدوات ستحتاجها في التجربة
- جرََة زجاجية شفافة، أو أي وعاء شفاف قابل للغلق.
- عود ثقاب.
- ماء دافئ غير مغلي.
- ملعقة، أو أداة تحريك.
- صينية معدنية صلبة.
- ثلج.
خطوات التجربة
- املأ الجرة بمقدار كافي من الماء الدافئ وحرِّكه بواسِطة الملعقة.
- انتظر حتى يبدأ بخار الماء في الارتفاع داخل الوعاء، لكنك لن تتمكن من رؤيته؛ لأن البخار غاز غير مرئي.
- اطلب من مُساعدك (يجب أن يكون شخصًا بالغًا) أن يُشعل عود الثقاب ويُلقيه بسُرعة داخل الجرة.
- ضع الصينية المعدنية فوق الوعاء بسرعة.
نتائج التجربة
بعد الانتهاء من تطبيق جميع خطوات التجربة ستُلاحظ ما يأتي:
- ظهور سحابة أعلى الوعاء، بسبب اختلاط جزيئات الهواء والدخان مع الماء الدافئ.
- اختفاء السحابة بسرعة عند إزالة الصينية، بسبب تبخر قطرات الماء مع ارتفاع درجة الحرارة.
- إظهار التجربة العلاقة بين التبخر والتكثيف والترسيب معًا في دورة المياه.
سؤال وجواب
هل بخار الماء مادة نقية؟
تركيب بخار الماء الكيميائي هو ذاته للماء (H2O)، وهذا التركيب بالمجمل من غازات الهيدروجين والأكسجين وبعض الشوائب الغازية غازات نقية.[٩]
كم نسبة بخار الماء في الغلاف الجوي؟
تشكل جزيئات بخار الماء نحو 2-3% فقط من جزيئات الهواء، وخاصةً في المناطق شديدة الجفاف أو شديدة البرودة كالمناطق القطبية، ولكن في المناطق الاستوائية الجافة والرطبة عادةً تُقدر نسبتها بنحو 4%.[١٠]
لماذا يتحول بخار الماء إلى سائل؟
يعتمِّد تحول بخار الماء إلى سائل على الظروف الجوية السائدة في المنطقة وحجم جزيئات الماء المُتشكلة على هيئة غيوم، وهذه العملية التي تحدُث في أعالي السماء تعتمد على ظاهرة التكثيف واختلاف درجات الحرارة، التي تؤدي إلى تحوِّل بخار الماء لسائل على شكل قطرات ماء، ومن الأمثلة عليها بخار الماء المتكون على زجاج السيارة، وقد يكون بخار الماء مزعجًا في حياة البشر اليومية كتشكله على زجاج سيارة أحدهم[١١]
كم نسبة بخار الماء في غازات الاحتباس الحراري؟
تعد نسبة بُخار الماء الأكبر بين مكونات غازات الاحتباس الحراري بنحو 80% من كُتلة غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي، ونحو 90% من الحجم الكُلي لهذه الغازات.[١٢]
بخار الماء هو الحالة الغازية للماء، والذي يصل إليها عن طريق عملية التبخر التي تكسر روابط جزيئات الماء عن بعضها بعضًا، من أبرز مصادر بخار الماء النتح والتسامي والأتربة والإفرازات، أما عن خصائص بخار الماء الفيزيائية والكيميائية فهي ذاتها خصائص الماء، ويعد بخار الماء جزء لا يتجزأ من دورة الماء في الطبيعة.
المراجع
- ^ أ ب ت ث "What is water vapor?", weatherstreet, Retrieved 14-7-2019. Edited.
- ^ أ ب "Evaporation", Britannica, 9/1/2020, Retrieved 12/9/2021. Edited.
- ^ أ ب "The Process of Evaporation", NATIONAL GEOGRAPHIC, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ " The water cycle ", Science Learning Hub, 2/6/2009, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ "Water vapor", Wikipedia, Retrieved 4/9/2021. Edited.
- ^ أ ب Adam Augustyn, "Vapour pressure"، britannica, Retrieved 14-7-2019. Edited.
- ↑ Steven S. Zumdahl , "water", Britannica, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ Laura Foist, Christianlly Cena (13/1/2021), " What is Water Vapor? - Definition, Pressure & Formula", study.com, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ Amaia Antonell (19/6/2020), "Is Steam a compound element or mixture?", Asking Lot, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ "ATMOSPHERIC WATER VAPOR ", the weather prediction, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ "water cycle", Britannica, 27/5/2020, Retrieved 30/8/2021. Edited.
- ↑ Zeke Hausfather (4/10/2008), " The water vapor feedback ", YALE Climate Connections, Retrieved 30/8/2021. Edited.
