ماهو الهيدروجين السائل .. سؤال

الهيدروجين السائلعلى الرغم من أن التقنيات الكمية كانت القاعدة في أبحاث الميكانيك والكهرمغنطيسية فإن الدراسات عن المادة فضلا عن القوى كانت في الأغلب كمية تماما. ومن ثم فقد شرع أونز في وضع تحليل كمي شامل حيث كانت الدقة الرياضياتية أمرا جوهريا بالنسبة للمسائل العلمية التي يهتم بها.

لقد كانت الطريقة الوحيدة لاختبار أفكار ڤاندر ڤالس هي قياس سلوك الغازات في شروط مفرطة. فعند درجات حرارة مفرطة في الانخفاض، على سبيل المثال، ينحرف جزيء غاز معين عن قوانين الغاز المثالي بشكل أعظم، متبعا بدلا من ذلك توقعات ڤاندر ڤالس للغازات الحقيقية. إن الحاجة إلى شروط تبريد مفرطة قادت أونز إلى تأسيس مختبر لدرجات الحرارة المنخفضة (مختبر قرّي). وفي عام 1932 أعيد تسمية المنشأة باسم مختبر كامرلنگ أونز. كما أن الحاجة المقابلة إلى حرفيين مهرة كي يبدعوا أجهزة معقدة وحساسة ضرورية لعمل التبريد قادته إلى تأسيس جمعية تدريب لصانعي الأجهزة. تمكنت هذه المدرسة ضمن الجامعة من تخريج الفنيين المهرة لدرجة عالية، ومن بينهم نافخو الزجاج الذين سيصنعون الأجهزة له وللعديد من الباحثين في أنحاء العالم.

جهاز متسلسل (a) بناه أونز في عام 1892 يستطيع أن ينتج لترا من الهواء السائل في الساعة. كان الهواء السائل ضروريا لتشغيل مسيّل الهيدروجين (b) الذي صنعه بإتقان عام 1906. ينتقل غاز الهيدروجين عبر المنظومة إلى حمام من الهواء السائل ومن ثم إلى صمام تمدد في النهاية، يسمح لغاز الهيدروجين بالتمدد ويتحول إلى سائل. يجمع الهيدروجين السائل، في حين يعاد الغاز إلى الضاغط. طوّر أونز أول مسيِّل للهليوم (c) في عام 1908. وفي (d) يظهر أونز واقفا مع أستاذه
ڤاندرڤالس> أمام الجهاز في عام 1911، في حين يظهر في (e) بعد عقد من الزمن مع رئيس مساعديه فليم>.
وفي عام 1877 نجح كل من الفيزيائي الفرنسي كيليتيت> والعالم السويسري پيكتيت> على حدة في إسالة (تمييع) الأكسجين والآزوت. وقبل ذلك الإنجاز، كان العديد من العلماء يفترضون بأن تلك الغازات، إضافة إلى الهيدروجين، ربما كانت خارج نطاق الإسالة (على الرغم من أن الهليوم كان قد شوهد في الطيوف الشمسية، فإن ذلك الغاز لم يكتشف على الأرض إلا بحلول عام 1895.) كانت المشكلة تتمثل في الوصول إلى درجات حرارة مفرطة في الانخفاض تلزم لتكثيف هذه الغازات. وكانت كميات السائل التي سينتجها كيليتيت وپيكتيت صغيرة جدا، لكن أونز كان يحتاج إلى مقادير أكبر ليتابع بحثه.

وخلال عام 1892 نجح أونز في تطوير جهاز قادر على إنتاج كميات كبيرة من السائل. استفادت المنظومة مما صار يدعى العملية المتسلسلة cascade process، وهي سلسلة من الغازات بدرجات حرارة تكثيف أخفض، تُضغط وتبرَّد إلى نقطة السيولة ثم تترك لتتمدد، ويقوم البخار القادم من السائل المتبخر بتبريد البخار المضغوط الذي يليه في السلسلة. ابتدأ أونز بكلوريد الميتيل، الذي يتكثف عند الدرجة +21 سيلزية تحت ضغط يساوي خمسة ضغوط جوية (5atm)، فكثف على التتابع الإيثيلين (87 ـ درجة سيلزية عند ضغط يساوي ثلاثة ضغوط جوية 3atm) ثم الأكسجين (145 ـ درجة سيلزية عند ضغط 17atm)، وأخيرا الهواء (193 ـ درجة سيلزية وضغط قدره 1atm).

أما من أجل إسالة الهيدروجين فإن درجة الحرارة اللازمة ستكون قريبة بشكل ملحوظ من الصفر المطلق، مما يجعل بناء الجهاز أكثر حساسية، وبموجب القوانين التي تحكم سلوك الغاز المثالي عند حجم ثابت، فإن الضغط ينخفض مع انخفاض درجة الحرارة. ونظريا يصبح الضغط صفرا عند الدرجة 273.15 - سيلزية (وإن تكن الغازات الحقيقية قد تم إسالتها قبل ذلك). تعين هذه الدرجة من الحرارة الصفر على مقياس (سلم) كلڤن، وتدعى الصفر المطلق لأنها أخفض درجة حرارة يمكن التوصل إليها.

وفي عام 1898 تفوق الفيزيائي الاسكتلندي ديوار>، الذي يعمل في مجال درجات الحرارة المنخفضة، على أونز في إسالة الهيدروجين مستفيدا من ظاهرة ترموديناميكية تعرف باسم تمدد جول ـ طومسون: في هذه الظاهرة تتغير درجة حرارة غاز، هابطة نحو الأسفل في الغالب، لدى تمدد الغاز عبر صمام. لقد استُعْمل تمدد جول ـ طومسون كجزء من العملية المتسلسلة، فقد جعلها ديوار رئيسية لمسعاه في إسالة الهيدروجين، لأنه إذا ما برد إلى حرارة دون 80 درجة سيلزية، ثم مُدِّد بعد ذلك فإن حرارته ستنخفض أكثر. (من اللافت للنظر أن نرى الهيدروجين يسخن إذا ما تُرِك يتمدد عند درجات حرارة أعلى من 80 - سيلزية الأمر الذي يفسر تسمية هذه النقطة بدرجة حرارة الانقلاب) وبهذه الطريقة نقل ديوار الهيدروجين إلى درجة إسالته البالغة 253 - سيلزية أو 20 كلڤن.

لم ينتج جهاز ديوار سوى كميات قليلة من الهيدروجين السائل. وقد لا تكون تلك النتيجة مخيبة لآمال أونز. ومع ذلك، ففي الوقت الذي كان الدافع لأعمال أونز هو مراقبة سلوك الغاز عند درجات حرارة منخفضة، كان هدف ديوار بكل بساطة الوصول إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. وعلى الرغم من ذلك فإن أونز هو الذي صار يعرف «بسيِّد الصفر المطلق».

ماهو الهيدروجين السائل .. سؤال SCI98b14N6-7_H08_007988

إن ضاغط كيليتيت (a) ـ اخترعه< .P.L كيليتيت> الذي أسال الأكسجين والآزوت ـ كان مفيدا إلى أبعد الحدود بالنسبة لأونز أثناء بحثه نظرا لعدم فقد أي غاز أثناء الانضغاط أو التمدد، فقد كان الجهاز ملائما للعمل بغازات نقية ومكلفة. ويظهر في الشكل (b) أنبوب شعري على شكل الحرف W فيه سلك من الزئبق لدى اختبار مقاومة الزئبق عند درجات حرارة منخفضة. قبل أن يبدأ أونز تحقيقاته وتحرياته، كان السلوك المتوقع للمعادن (c) مختلفا تماما عما وجده في الواقع. اكتشف أونز أن الهبوط الحاد في المقاومة (d) يصاحب درجات حرارة متناقصة للزئبق ولعدد من المعادن الأخرى.
كان أونز مهتما بإنتاج كميات من الهيدروجين السائل أكبر بكثير من الكميات التي أنتجها ديوار، وهذا أحد الأسباب التي جعلته لا يُقدم على إسالة الهيدروجين إلا بعد مضي ثماني سنوات على إسالة ديوار له. وكان هناك عامل آخر هو مجتمع ليدن المذعور، ففي عام 1807 وأثناء احتلال نابليون لهولندا، انفجرت سفينة ذخيرة في قنال بوسط ليون. شُيد مختبر أونز على أنقاض الجزء المدمر من المدينة. وفي عام 1896 عندما اكتشف مجلس المدينة أن المختبر يشتمل على كميات لا بأس بها من الهيدروجين المضغوط (وهو غاز قابل للاحتراق بشدة) وكانت الذكريات التاريخية لانفجار السفينة لاتزال ماثلة في ذاكرة المجلس، هب مذعورا، وعينت السلطات هيئة لدراسة القضية. ولكن على الرغم من وجود ڤاندرڤالس في تلك الهيئة ووجود رسالة من ديوار تناشد المجلس أن يسمح باستمرار البحث، فقد أوقف عمل أونز على الهيدروجين لمدة سنتين.

تسلم أخي نظمي على موضوعك الجميل والمفيد

تحياتي لك

» اخترك سؤال وجاوب عليه من 23 سؤال
» ماهو الحب الى أين
» ماهو الحب الى أين
» ماهو التكهرب
» سؤال لحكيم ووصية حكيم