التقلب (الكيمياء)

ضغط البخار هو مقياس لمدى سهولة تحوّل الطور المكثف إلى بخار عند درجة حرارة معينة. فالمادة المحصورة في وعاء مغلق مفرغ من الهواء (بدون هواء بداخله) ستملأ أي فراغ بالبخار بسرعة. بعد أن يصل النظام إلى حالة التوازن، ويتساوى معدل التبخر مع معدل التكثف، يمكن قياس ضغط البخار. وتؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة كمية البخار المتكون، وبالتالي زيادة ضغط البخار. في الخليط، تساهم كل مادة في ضغط البخار الكلي للخليط، وتكون مساهمة المركبات الأكثر تطايرًا أكبر.

نقطة الغليان هي درجة الحرارة التي يتساوى عندها ضغط بخار السائل مع الضغط المحيط، مما يؤدي إلى تبخر السائل بسرعة، أو غليانه. وهي مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بضغط البخار، ولكنها تعتمد على الضغط. نقطة الغليان العادية هي نقطة الغليان عند الضغط الجوي ، ولكن يمكن أيضًا تسجيلها عند ضغوط أعلى وأقل. ^{[ 3 ]}

يُعدّ عامل قوة التفاعلات بين جزيئات المادة من العوامل المهمة التي تؤثر على تطايرها. فالقوى الجاذبة بين الجزيئات هي ما يربط المواد ببعضها، والمواد ذات القوى الجزيئية الأقوى ، مثل معظم المواد الصلبة، عادةً ما تكون أقل تطايرًا. يختلف تطاير الإيثانول وثنائي ميثيل الإيثر ، وهما مادتان كيميائيتان لهما نفس الصيغة (C₂H₆O ₎ ، بسبب اختلاف التفاعلات التي تحدث بين جزيئاتهما في الحالة السائلة: فجزيئات الإيثانول قادرة على تكوين روابط هيدروجينية، بينما جزيئات ثنائي ميثيل الإيثر غير قادرة على ذلك. _[ ^{4 ] ينتج} عن ذلك قوة جاذبة أقوى بين جزيئات الإيثانول، مما يجعله أقل تطايرًا من ثنائي ميثيل الإيثر.

بشكل عام، يميل التطاير إلى الانخفاض مع ازدياد الكتلة الجزيئية، لأن الجزيئات الأكبر حجماً قادرة على المشاركة في روابط بين جزيئية أكثر، ^{[ 5 ]} على الرغم من أن عوامل أخرى كالبنية والقطبية تلعب دوراً هاماً. ويمكن عزل تأثير الكتلة الجزيئية جزئياً بمقارنة مواد كيميائية ذات بنية متشابهة (مثل الإسترات والألكانات، إلخ). فعلى سبيل المثال، تُظهر الألكانات الخطية انخفاضاً في التطاير مع ازدياد عدد ذرات الكربون في السلسلة.

تُعدّ معرفة التطاير مفيدةً في فصل مكونات المخاليط. فعندما يحتوي خليط من المواد المكثفة على مواد متعددة ذات مستويات تطاير مختلفة، يمكن التحكم في درجة حرارته وضغطه بحيث تتحول المكونات الأكثر تطايرًا إلى بخار، بينما تبقى المواد الأقل تطايرًا في الحالة السائلة أو الصلبة. ويمكن بعد ذلك التخلص من البخار المتكون حديثًا أو تكثيفه في وعاء منفصل. وتُعرف هذه العملية، عند جمع الأبخرة، بالتقطير . ^{[ 6 ]}

تعتمد عملية تكرير البترول على تقنية التقطير التجزيئي ، التي تسمح بفصل العديد من المواد الكيميائية ذات درجات متفاوتة من التطاير في خطوة واحدة. يتكون النفط الخام الداخل إلى المصفاة من العديد من المواد الكيميائية المفيدة التي تحتاج إلى فصلها. يتدفق النفط الخام إلى برج التقطير حيث يُسخّن، مما يسمح بتبخر المكونات الأكثر تطايرًا مثل البيوتان والكيروسين . تصعد هذه الأبخرة إلى أعلى البرج وتتلامس في النهاية مع الأسطح الباردة، مما يؤدي إلى تكثفها وجمعها. تتكثف المواد الكيميائية الأكثر تطايرًا في أعلى البرج ، بينما تتكثف المواد الكيميائية الأقل تطايرًا في الجزء السفلي. ^{[ 1 ]}

لطالما استُخدم الفرق في التطاير بين الماء والإيثانول في إنتاج المشروبات الكحولية المركزة (يُشار إلى العديد منها باسم " المشروبات الروحية "). ولزيادة تركيز الإيثانول في المنتج، يقوم مصنّعو المشروبات بتسخين مزيج الكحول الأولي إلى درجة حرارة يتبخر عندها معظم الإيثانول بينما يبقى معظم الماء سائلاً. ثم يُجمع بخار الإيثانول ويُكثّف في وعاء منفصل، مما ينتج عنه منتج أكثر تركيزًا. ^{[ 7 ]}

يُعدّ التطاير عاملاً هاماً في صناعة العطور . إذ يستشعر الإنسان الروائح عند ملامسة الأبخرة العطرية لمستقبلات الأنف. فالمكونات التي تتبخر بسرعة بعد وضعها تُنتج أبخرة عطرية لفترة وجيزة قبل أن تتبخر الزيوت. أما المكونات بطيئة التبخر، فقد تبقى على الجلد لأسابيع أو حتى أشهر، ولكنها قد لا تُنتج كمية كافية من الأبخرة لتكوين رائحة قوية. ولتجنب هذه المشاكل، يُولي مصممو العطور اهتماماً بالغاً لتطاير الزيوت العطرية والمكونات الأخرى في عطورهم. ويتم تحقيق معدلات التبخر المناسبة من خلال تعديل كمية المكونات سريعة التطاير وغير سريعة التطاير المستخدمة. ^{[ 8 ]}

يمكن تصنيف الأسلحة الكيميائية إلى عوامل مستمرة وعوامل غير مستمرة ، وذلك تبعًا لدرجة تقلبها. فكلما زادت درجة تقلب العامل، زادت سرعة تبخره وانتشاره، وقد لا يشكل خطرًا إلا لفترة زمنية محددة. أما العوامل المستمرة فتتسبب في تلوث ممتد، ويمكن استخدامها لفرض حظر على مناطق معينة من خلال تلويث نقاط الاختناق أو المناطق الخلفية في ساحة المعركة . وتشمل الأسلحة الكيميائية المتطايرة وغير المستمرة عوامل الأعصاب من سلسلة G المبكرة ، مثل التابون والسارين والسومان . أما الأسلحة الكيميائية الأقل تقلبًا والأكثر استمرارًا فتشمل غاز الخردل ، وعوامل الأعصاب من سلسلة V ، مثل VX و VR ، وعوامل الأعصاب من سلسلة نوفيتشوك . ^{[ 9 ]}