التفسير لفزورات علمية
توليف الدكتور عبدالرزاق محمد جعفر
استاذ الكيمياء غير العضوية في جامعات بغداد والفاتح / سابقاً
طرحت قبل ايام فزورات علمية للتسلية ولتعلم من فاتهم القطار وتمكن من حل أحدها الأستاذ أحمد
المدهون , ولذا سأشرح الأخرى, وعسى ان اوفق في توضيحها!
لماذا يغلي الماء في درجة 100 مئوي؟
خلق الله الماء وخصه بمزايا لا نجدها في مركبات اخرى, ومن اهم تلك المزايا درجة غليانه ودرجة انجماده , فعندما نسخن الماء في دورق فأن درجة حرارته تبدأ بالزيادة الى ان تصل حداً تستقرفيه تلك الدرجة ولا تتغير!.. الى ان يتبخر كل الماء في ذلك الدورق !....وتلك النقطة هي نقطة غليان الماء وكذلك اذا ما جمدنا اي كمية من الماء فأن درجة حرارته سوف تنخفض الى ان تصل حداً تظهر فيه جزيئات من الثلج , وبالتبريد المتواصل يحصل الأنخفاض بدرجة الحرارة ,.. ثم تستقرتلك الدرجة في نقطة معينة الى ان يتم انجماد الكمية باكملها ! وهكذا علمتنا هذه الظاهرة العلمية ان هذه النقطة هي نقطة انجماد الماء ,...
ولكن من الذي علمنا ان نقطة الغليان هي 100مئوي ونقطة الأنجماد هي الصفر مئوي؟!
ليـس بالأمكان سـرد كافة الدراسات التي اوصلتنا لـمعرفة خواص الماء , ولندخل في الطريقة التي اوصلتنا لمعرفة درجة غليانه ودرجة انجماده , ولماذا أعتبرنا نقطة الغليان 100 درجة مؤية ونقطة الأنجماد الصفر المؤي !
يبدأ الماء بالغليان عندما تتكون فقاعات البخار فوق سطح السائل , ثم تصعد رويداً رويداً الى الأعلى ثم تنفجر, ولذا تعرف درجة غليان السائل , بأنها الدرجة التي عندها جزيئة السائل قد امتلكت طاقة تمكنها من ان تفلت من الجزيئات التي تحيط بها ومن ثم يكون ضغط البخار مساوياً للضغط الواقع على السطح , وتبقى هذه الدرجة بالنسبة للماء ثابتة لحين تبخر آخر الجزيئات !
من اجل تطبيق هذه التجربة , نأخذ انبوب زجاجي بطول 10 سـم وبقطر 0.1 سم مربع , مغلق من جهة واحدة على شكل مستودع صغير ,وتبقى الجهة الأخرى من الأنبوب مفتوحة , ثم نضع في الأنبوب كمية صغيرة من الزئبق. تبدأ التجربة بادخال انبوب الزئبق في دورق بحجم لترمملوء لغاية نصفه بالماء النقي , بحيث تكون جهة الأنبوب المغلقة مغمورة بالماء من دون ان تمـس قعـر الدورق ,... ويمسك انبوب الزئبق بماسك خاص, ثم نبدأ بتسخين الماء بواسطة مصدر حراري, ونلاحظ بعد دقائق صعود ابخرة الماء ,وتصاعد فقاعات الماء وأرتفاع عمود الزئبق من مكانه قبل التسخين وارتفاعه الى مكان اعلى,...ونعلم على الفور بقلم " ماجك" ملون على سطح انبوب الزئيق بأشارة نستدل منها على درجة غليان الماء!... ثم نسحب النار,.. ونضع الدورق في اناء يحتوي على كمية كبيرة من الثلج , ونترك الجهاز لفترة من الزمن , الى ان نشاهد تكون حبيبات من الثلج في الدورق, مع انخفاض في عـمود الزئبق في الأنبوب ,وعلى الفور نؤشرعلى سطح الأنبوب في المكان الذي وصل اليه الزئبق عندما بدأت جزيئات الثلج بالظهور.
يرفع عمود الزئبق من الدورق , ونغلق فتحته العليا , ونبدا بتقسيم الخط بين نقطة الغليان ونقطة الأنجماد الى 100 جزئ, وبهذا نكون قد صنعنا محراراً لقياس درجة الحرارة , ومن هذه التجربة يتبين للقارئ نحن الذين قررنا ان يكون الرقم 100 هو درجة الغليان , والرقم صفرهودرجة الأنجماد ,.. واذا ما استعملنا هذا المحرار في قياس درجة حرارة شـيئ ما , فان الدرجة المعينة هي نسـبة لدرجة غليان الماء ( 100), وانجماده عند درجة ( الصفرالمؤي) !
وهكذا نجد ان الأنسان هو من اخترع هذا المقـياس, وسنجد الأمر نفسه يتكرر في مصطلحات اخرى نستخدمها في حياتنا وابحاثنا وكلها من صنعنا, مثال ذلك اللترالذي يساوي حجم ألف سم مكعب, والغرام الذي يساوي وزن سنتمتر مكعب من الماء النقي , والكيلو غرام يساوي الف غرام , وهكذا دواليك!
ظواهر كيميائية يتصورها البعض من اعمال السحر !
1- اشعال السيكارة بالثلج!
نأخذ سيكارة ونستخرج من قسمها العلوي القليل من التبغ ,..ثم نضع محله قطعة صغيرة من عنصر الصوديوم بحجم حبة الحمص ,..ونعيد كمية التبغ التي الى مكانها ,.. ويمكن عمل عدد من هذا النوع من السكائر ونضعها على الطاولة
ثم يعلن الساحر عن مقدرته بأشعال السيكارة بواسطة الثلج ومن دون عود ثقاب!
..فيسغرب المشاهدون,..فيضع الساحر رأس السكارة لبضعة ثوان ,..فتشتعل السيكارة !.. فما الذي حدث؟
عندما مست السيكارة الثلج صعد الماء وتفاعل مع حبة الصوديوم وتحررالهيدروجين السريع الألتهاب عند تعرضه لمصدر حراري بسيط كهواء الغرقة ,.. وبهذا اعتقد المشاهد بقدرة الساحر ..والحقيقة لا سحر ولا بطيخ!
2- التهاب العملة الورقية !
نحضر دورق نضع فيه 200 ملم من الماء المقطر و100 ملم من الكحول الأثيلي , فيتكون مزيج من الماء والكحول ثم نأتي بعملة ورقية ونركسها في الدورق الحاوي على مزيج الكحول والماء,.. لفترة وجيزة ونستخرحها على الفور ونضعها على زجاجة ساعه ونقرب من العملة المبللة عود من الثقاب الملتهب ,..وسوف نلاحظ التهاب الورقة لثوان معدودة ثم ينطفي اللهب من دون ان تحترق العملة,... فيعجب المشاهد من قدرة الساحر!!
والحقبقة ان الكحول اقل كثافة من الماء وفي حالة تعرض المزيج المبلل للورقة فأن الكحول سيكون في الأعلى وسيلتهب لأن درجة اتقاده واطئة وما ان تنتهي كميته يكون الماء قد عمل غطاء حول الورقة تمنع من وصول درجة الحرارة الى الدرجة اللازمة لحرق الورقة ,..وبهذا نرى العملية ليست سحراً, بل درس في الكيمياء لغير المختصين !
3- الكتابة السحرية!
نأخذ كمية من كلوريد الكوبلتوزونذيبها في قليل من الماء المقطر, ثم نأخذ اداة الكتابة ( السلاية), ونركسها في المحلول , ثم نستخرجها ونكتب بها على ورقة جملة من الأقوال المستخدمة في الأبراج,.. ستصل على ثروة طائلة بعد اسبوع, او سيعود لك الحبيب,.. ونترك الورقة تجف , ولا يظهر اي اثر للكتابة !
ونحضر عدة وريقات بنفس الطريقة ,..ونقول للمشاهد اسحب ورقة لمعرفة حظك هذا اليوم ,..وما ان يسحب الورقة التي لا تظهر فيها اي كتابة, وفي اللحظة التي نعرضها على مصدر حراري , تبدأ الكتابة بالظهور ويقرأ المسكين حظه واثقاً من قدرة الساحر على استنباط المستخفي!.. وفي الحقيقة ان العملية كيميائية بحته من صنعنا , لأن ملح الكوبلتوز الذي كتبنا به عديم اللوت , وما ان تعرض لمصدر حراري حتى تأكسد الكوبلت وتحول عدد تأكسده من ( +2) الى (+3),..وان محلول الكوبلت (+3) يكون بني اللون وظاهر للعين المجرة, فيقرأ المنحوس حظه!
4- القدرة على تغيير لون المحلول !
خذ ثلاثة دوارق صغيرة, وضع في الأول كمية قليلة من محلول كلوريد الحديديك, وفي الثاني نفس المقدار من محلول كلوريد النيكل, وفي الثالث محلول ثايوسينات الصوديوم , مع العلم ان جميع تلك المحاليل المخففة جداً تكاد تكون عديمة اللون.
جفف محتويات الدورق الأول والثاني على حمام رملي, ثم قل للمشاهدين سوف اصب قليلا من محلول الدورق الثالث العديم اللون في الدورق الأول فيتحول لون المحلول الى الأحمر!
ولو سكبنا نفس المقدار من محتويات الدورق الثالث في الدورق الثاني لتلون المحلول العديم اللون الى اللونالأزرق , وبطبيعة الحال سوف يندهش من لا يعرف الكيمياء ويعتبر ذلك ضربا من السحر , الا ان الذي حدث هو تفاعل كيميائي فهل تعرفه؟!
كما ذكرنا ان المحاول الثالث هو عديم اللون , وعندما نصب قليلاً منه في الدورق الأول , فأنه سيتفاعل مع ملح كلوريد الحديد الجاف في فعر الدورق وتتكون مادة معقدة ذائبة من المركب المعقد لسيانات الحديد الحمراء!
اما اذا سكبنا قليلاً من محلول الدورق الثالث في الدورق الثاني الذي جف فيه كلوريد النيكل لتكون محلول ازرق!
سيدهش المشاهد حينما يرى الساحر يصب محلولاً عديم اللون في الدورق الأول يتكون محلولاً لونه احمر وعند اعادة العملية ويـسكب المحلول العديم اللون في الدورق الثاني الجاف فسيتكون محلول ازرق اللون ! ..والعملية ليست سـحر ,..وانما هي الكيمياء,.. ودفة الملاحظة والقدرة على تحليل الظاهرة العلمية.
سـؤال / لماذا يكبر حجم مقدار معين من الماء اذا تجمد؟!
ما من احد لم يلاحظ تكسرالقنينة الزجاجية المملوءة بالماء اذا ما وضعت في المجمدة (فريزر), ولذا يترك فراغ فيها,... فما هو السـبب ؟... الكل سيقول ان الماء اذا ما تجمد يكبرحجمه,..ويحتاج لمكان عند تمدده ,... هذا صحيح !.. ولكن هل غيرالمختصين في الكيمياء يعرفون السبب ؟ لماذا كبرحجم الماء عندما تحول من سائل الى صلب (جليد)؟!
ذكرنا ان جزيئ الماء متكون من ذرة أكسجين وذرتان هيدروجين, كل منهما متصلة بنفس ذرة الأكسجين بواسطة رابطة تسـمى بـ (الرابطة التساهمية), وعندما يحصل الأنجماد تتكون روابط من نوع آخر تربط جزيئات الماء ببعضها تسـمى بـ ( الرابطة الهيدروجينية), التي تكون اطول من الرابطة التساهمية, ولذا سيكبر حجم المقدار المعين من الماء عند تجمده , ولـهذا تكون كثافة الجليد اقل من كثافة الماء ( الكثافة = الوزن / الحجم ), ولذا يطفوالجليد فوق سطح ماء البحار والأنهار بسمك معين عند انخفاض درجات الحرارة, وبهذا تبقى الأحياء المائية على قيد الحياة!
سؤال : لماذا ينطفأ لهب الشمعة اذا ما نفخ عليه؟!
من المؤكد سوف يعزوالعديد من غير المختصين في الكيمياء الى وجود ثاني اكسيد الكربون في هواء الزفير, وهذا صحيح لأن ثاني أكسيد الكاربون لا يحترق ولا يساعد على الأحتراق ,..وبما انه اثقل من الهواء فسوف يحيط باللهب ويمنع وصول الأكسجين للهب الشمعة,.. والكل يعلم ان الأكسجين ضروري للأحتراق, اي انه يساعد على الأحتراق !
اعلاه كلام جميل وصحيح , الا اننا نشاهد انطفاء الشمعة عندما تتعرض لتيارمن الهواء عند فتح النافذة او ان يخطف شخص ما بقربها بسرعة او اذا نقلت لغرفة اخرى عبر جنينة البيت فأنها تتعرض للأنطفاء ونحاول ان نبقي على شعلتها بوضع كف اليد لنحجب عنها تيار الهواء!... من هنا يتضح لنا ان انطفاء اللهب ليس سببه ثاني اكسيد الكربون بل عامل آخر سنطلق عليه اسم ( درجة الأتقاد )!
التاكسـد و الأحتراق و علاقتهما بدرجة الأتقاد؟
كما بينا سابقاص ان التاكسد عبارة عن اتحاد الأكسجين بالمادة ببطئ ,وان تـمً الأتحاد بسرعة, اعتبراحتراقاً, وان
اي احتراق لا يتم الا اذا وصلت الحرارة الى درجة معينة خاصة بكل مادة تسمى" درجة اتقاد", تلك المادة , فمثلاً البنزين درجة اتقاده واطئة والخشب درجة اتقاده أعلى وتختلف عن درجة اتقاد الفحم ,..وهكذا دون العلماء درجة اتقاد العديد من المواد,.. ووضعوا علامات تحذير بالأبتعاد عن مصدرالحرارة ان كانت المادة لها درجة اتقاد واطئة , كما لاحظ العديد منا طريقة اشعال الفحم من اجل استخدامه للتدفئة , حيث يسكب فوقه القليل من النفط ( الكيروسين) من اجل تكوين لهب سريع يعمل على حرق الفحم في (المنقلة), الى تصل الحرارة الى درجة اتقاده ويبدأ بالتوهج !
-- ومما تقدم اعتبرنا الظاهرة الكيميائية التي يتم بموجبها اتحاد الأكسجين بمادة ما ببطئ شديد
هي ( تأكسـد), ولا يصاحب العملية لهيب,..والمواد الناتجة تسمى (أكاسيد),.. اما الأحتراق او الأشتعال ,..فهو الظاهرة التي يتم بموجبها اتحاد الأكسجين بمادة ما بسرعة , ويصحب ذلك لهيب وحرارة تستمرالى ان يتم احتراق المادة باكملها!
سؤال / لماذا تسود الحلي الفضية اذا ما تركت فترة طويلة معرضة للهواء؟
-- كما نعلم ان الهواء هو خليط من عدة غازات منها الأكسجين, الذي يتحد ببطئ مع الفضة مكوناً اكسيد الفضة الأسود اللون ,..ومن اجل تنظيف الفضة مما علق عليها من اكسيد يمكن تسخين الفضة السوداء (اكسيد الفضة), لذا يتحلل المركب الى العناصر المتكون منها , وينفصل الأكسجين وتبقى الفضة بلونها الزاهي!
×××
توجد بعض التغيرات الطبيعية اقرب في سلوكها الى التغيرات الكيميائية , مثال ذلك خلط دقيق الملح مع دقيق السكر هو نغير طبيعي, ولكن صعوبة فصل المكونات يظهر وكأنه تغير كيمياوي , ولذا نطرح السؤال الآتي وجوابه للمتعة!
سؤال / كيف تعزل دقيق السكر عن دقيق الملح ؟
خلط دقيق ملح الطعام بدقيق السكر , الظاهرة هي طبيعية الا ان عدم فصل السكر عن الملح بالطرق الكيمياوية اسقط عنه صفة من صفات التغير الكيميائي,.. ولكن ذكاء احد الطلبة حلً هذا اللغز وقال: نضع الخليط قرب بيت للنمل , وتعمل آلاف الأعداد منه بألتقاط السكر ويبقى الملح مكانه ,..ولكن كيف نعيد السكر ؟..فقال ذلك الطالب :
نحاول توجيه النمل الى دورق خاص فيه ماء مغلي فيموت النمل وبالترشيح والتبخير نعيد معظم كمية السكر!
*****
