La main à la pâte
المخاليط المبردة
17/12/1998
تاريخ
 
سؤال من
 

هل تستطيعون أن تدلوني على كتاب موجه إلى جمهور غير متخصص ويدور موضوعه حول خصائص "المخاليط المبردة" من نوع الثلج المجروش / الملح البحري (وهناك آخرون) والشرح الذي يمكن أن نعطيه؛ فمصدري الوحيد هو كتاب قديم من مجموعة "Que sais-je" (ماذا أعرف؟) عن البرد، واعتمادا على ذكريات قديمة من أيام المدرسة يهيأ لي أنه من المخاليط مغايرة التحول (ولكني غير متأكد من ذلك)؛ كل هذا غير كافٍ حيث أن هذا الخليط ملائم للاستخدام بالمدرسة لتجميد الماء، هذا من ضمن استخدامات أخرى.

 

 
 
22/12/1998
تاريخ
 
إجابة من
 

لا علم لي عن كتب ظهرت مؤخرا عن المخاليط المثلجة وشرحها، والسبب في ذلك يرجع إلى تعميم استخدام الثلاجات والمجلدات بالمطابخ (لعمل الثلج)، أو استخدام النتروجين والهليوم السائلين بالمعامل (للعمل تحت درجة حرارة منخفضة)… وقد تم تناول الخليط ثلج + ملح بنصوص ومستندات للفصل هناك شروح سهلة الفهم نسبيا بالكتب التقليدية (الكاملة والقديمة…) بمجال الديناميكا الحرارية ، فلكي يذوب الملح (ملح الطعام) (أو ينحل كما نقول بطريقة غير صحيحة) ينبغي أن يحصل على الطاقة التي تسمح "بكسر" الروابط ذات الطبيعة الكهربائية التي تؤدي إلى التصاقه (تؤمن تلك الروابط قوى كهربائية ساكنة موجودة بين أيونات Na+ وCl-) ويمكن الحصول على تلك الطاقة من الخارج، فهذا ما يحدث عند إضافة الملح إلى الماء الذي يتم تسخينه فوق الموقد، ويمكننا تخيل أنه بإضافة الملح إلى الماء البارد يتم الحصول على الحرارة من الماء نفسه الذي يصبح أكثر برودة حين يذوب به الملح (فالسكر الذي يذوب يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة القهوة)، وإذا تمت إضافة الملح إلى خليط من الماء السائل والثلج (صفر°) ستنخفض درجة حرارة الماء (المالح) ويتجمد عند درجة حرارة أقل من الصفر، وتتوقف درجة التجمد على درجة ترسيب الملح بالمحلول فيبلغ حدها الأدنى حوالي -20° في حالة بلوغ نسبة الملح 20% تقريبا مما يضاهي خليطاً يطلق عليه "مغاير التحول".

 
 
المخاليط المبردة

 
 
22/12/1998
تاريخ
 
إجابة من
 

ها هو ردي على السؤال حول المخاليط المثلجة فهو مقتطف من كتاب جدير بالذكر صدر عام 1884 وألفه أ. أميديه جييمن بعنوان: الحرارة بمجموعة "العالم الطبيعي" والتي أملك منها عدة أجزاء حصل عليها جدي كجائزة عندما كان بالمدرسة الثانوية؛ فلنتحدث أولا عن استخدام المخاليط المبردة التي يستخدمها الكيميائيون والفيزيائيون منذ زمن بعيد بمعاملهم، فهناك العديد من هذه المخاليط ولنذكر أكثرها استخداما: جزءان من وزن الثلج المجروش أو الجليد مع جزء من الملح البحري (أو كلوريد الصوديوم)، يكتسب الملحان الهيئة السائلة وتنخفض درجة حرارة الترمومتر الموضوع بالمحلول إلى 19° أو حتى 20° تحت الصفر؛ وتسمح 3 أجزاء من الثلج المجروش أو الجليد المخلوطة بـ4 أجزاء من كلوريد الكالسيوم ببلوغ –50°، وسبب التبريد بهذين المخلوطين مزدوج حيث يحدد تجانس الماء السائل لكل من الملحين التسيل المزدوج ولكن يجب أن يسيل الماء أولا حتى يستطيع التجانس أن يؤثر ومن هنا يتم امتصاص الحرارة المطلوبة للتفاعل الميكانيكي لانصهار الجليد أو الثلج ثم يتم امتصاص الحرارة  من جديد نتيجة لتسيل الأملاح؛ وهناك خليط مبرد آخر يستخدم كثيرا وهو المتكون من 8 أجزاء من كبريتات الصوديوم المتبلورة و5 أجزاء من حمض الكلوريدريك وينبغي أن تسحق كبريتات الصوديوم جيدا فنراه يذوب سريعا وتنخفض درجة حرارة الترمومتر الموضوع به إلى حوالي 27° أقل من درجة حرارته الأصلية، ويرجع هنا انخفاض درجة الحرارة إلى عدة أسباب وخاصة تسيل الماء ببلورات كبريتات الصوديوم (1)؛ وإليكم مخاليط أخرى الملح مع حامض: 3 أجزاء من كبريتات الصوديوم و2 من حمض الأزوت: انخفاض في الحرارة حتى 29°؛ 9 أجزاء من فوسفات كبريتات الصوديوم و4 من حمض الأزوت: انخفاض في الحرارة حتى 39°؛ و6 أجزاء من كبريتات أو كربونات الصوديوم 5 من نترات النشادر و4 من حمض الأزوت: 36°، وكما نعلم اليوم فنترات النشادر هو ملح أبيض وصلب ويتبلور بصورة رائعة وقابليته للذوبان كبيرة في الماء، فإذا قمنا بخلط جزء من هذا الملح الذي يتم دقه بشدة مع جزء من الماء المقطر فسيحدث الذوبان في الحال مع تحديد انخفاض في درجة الحرارة بـ20° أقل درجة الحرارة المحيطة فإذا كانت 10° فستبلغ درجة الحرارة 16° تحت الصفر (1)، وتبعا للعالم  برتيلو "تتحكم النظريات التالية بالمخاليط المبردة المتكونة من أملاح مائية مضاف إليها أحماض أو قلويات أو أملاح أخرى، تعود الظاهرة العجيبة التي تنتج عن تلك المخاليط إلى المباراة بين الطاقات الكيميائية مع طاقات غريبة فالطاقات الكيميائية تؤثر حسب مبدأ العمل الأقصى.
لتحدد أول تفاعل ناشر للحرارة تنتج عنه كل التفاعلات الأخرى، ثم تتدخل الطاقات الحرارية بالاتجاه المعاكس لتحدد امتصاص الحرارة تحت شكلها الرباعي للانحلال (كبريتات الصوديوم المائية) وللتفكك (توازن بين ثنائي كبريتات الصوديوم و الماءو للذوبان الذي لا يلعب الا دور وسيط في حالة كبريتات الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك الخالص) وأخيرا للتسيل (ماء التبلور)".
(بيان أكاديمية العلوم لعام 1880 الجزء الأول).