درجة غليان الميثانول وخصائصه

عنوان المقال: غليان الميثانول وخصائصه

الميثانول، أو ما يعرف بالكحول الميثيلي (Methanol أو Methyl Alcohol)، هو مركب كيميائي بسيط يتبع فئة الكحولات، ويتميز بتركيب جزيئي صغير يتكون من ذرة كربون واحدة مرتبطة بثلاث ذرات هيدروجين ومجموعة هيدروكسيل (OH). هذا التركيب الكيميائي البسيط يمنحه خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة جعلت منه مادة حيوية في العديد من الصناعات الكيميائية والطاقية. من أهم خصائص الميثانول وأكثرها تأثيراً في سلوكه الفيزيائي هي درجة غليانه، والتي تُعد مؤشراً محورياً على طبيعة الروابط بين جزيئاته، وعلى استخداماته الصناعية وتفاعله في الظروف البيئية المختلفة.

تعريف درجة غليان الميثانول

درجة الغليان هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تحت ضغط جوي قياسي. بالنسبة للميثانول، فإن درجة غليانه تقع عند 64.7 درجة مئوية (أي ما يعادل 148.5 درجة فهرنهايت) عند ضغط جوي مقداره 1 أتموسفير (101.325 كيلو باسكال). تعتبر هذه الدرجة منخفضة نسبياً مقارنة بكحول الإيثانول (78.37 مئوية)، مما يدل على أن الروابط بين جزيئات الميثانول أضعف نسبياً.

التركيب الكيميائي وتأثيره على درجة الغليان

الميثانول يتمتع بتركيب بسيط على النحو التالي:

الصيغة الجزيئية: CH₃OH

الكتلة الجزيئية المولية: 32.04 غ/مول

تحتوي جزيئات الميثانول على روابط هيدروجينية، وهي نوع من الروابط الثانوية التي تتكون بين ذرة الهيدروجين ومجموعة الأكسجين في جزيئات مجاورة. هذه الروابط تؤثر بشكل كبير على درجة غليان المركب. وعلى الرغم من أن الميثانول يشكل روابط هيدروجينية، إلا أنها ليست بالقوة الموجودة في المركبات الأكبر حجماً كالإيثانول أو البروبانول، ما يفسر انخفاض درجة غليانه.

الجدول التالي يوضح مقارنة بين درجات غليان بعض الكحولات:

يتضح من الجدول أن هناك علاقة طردية بين الكتلة المولية للمركب وعدد ذرات الكربون وبين درجة غليانه، ما يعكس زيادة في القوى بين الجزيئية كلما زاد حجم الجزيء.

تأثير الضغط على درجة غليان الميثانول

كما هو الحال مع جميع السوائل، فإن درجة غليان الميثانول تتأثر بالضغط الجوي. عند خفض الضغط، تنخفض درجة الغليان، والعكس صحيح. في التطبيقات الصناعية، يُستفاد من هذه العلاقة للتحكم في ظروف التشغيل داخل وحدات التقطير أو لإجراء التفاعلات الكيميائية عند درجات حرارة أقل.

التطبيقات الصناعية لدرجة غليان الميثانول

تلعب درجة غليان الميثانول دوراً جوهرياً في تحديد كيفية استخدامه في العمليات الصناعية، ومن أبرز هذه التطبيقات:

1. وقود ووقود بديل

الميثانول يستخدم كوقود بديل في بعض المحركات، وخاصة في سباقات السيارات، نظراً لاحتراقه النظيف وانخفاض درجة غليانه التي تسهل تبخره وسرعة اشتعاله. لكن هذا أيضاً يجعله أكثر خطورة في حال تسربه، نظراً لاحتمالية تكون الأبخرة القابلة للاشتعال عند درجات حرارة معتدلة.

2. كمذيب صناعي

درجة غليانه المنخفضة تجعله خياراً ممتازاً كمذيب في الصناعات الدوائية والكيميائية، حيث يسهل تبخيره من دون الحاجة لحرارة عالية، مما يحافظ على سلامة المواد الحساسة.

3. في تصنيع الفورمالدهيد

الميثانول هو المادة الخام الأساسية لإنتاج الفورمالدهيد، حيث يتطلب التفاعل تحويل الميثانول إلى غاز، وهي عملية تتطلب معرفة دقيقة بدرجة غليانه وسلوكه في درجات حرارة مرتفعة.

التأثيرات الصحية والبيئية المرتبطة بدرجة غليانه

درجة غليان الميثانول المنخفضة تؤدي إلى تبخره السريع في الهواء، ما يعني أن التعرض لاستنشاق أبخرته قد يكون أكثر احتمالاً في بيئات العمل غير المهواة جيداً. الميثانول مادة سامة، واستنشاق كميات كبيرة من بخاره قد يؤدي إلى أعراض خطيرة تشمل الصداع، الغثيان، اضطرابات البصر، وقد تصل إلى العمى أو الوفاة في الحالات الحادة.

من الناحية البيئية، فإن تبخر الميثانول يمكن أن يسهم في تلوث الهواء، ولذلك يُلزم عادة بوضع أنظمة تهوية متقدمة عند استخدامه، خاصة في الصناعات الكيميائية.

عوامل تؤثر في تغير درجة غليان الميثانول

تتأثر درجة الغليان بعدة عوامل، منها:

– وجود شوائب أو مركبات أخرى:

في حالة وجود مذيبات مختلطة أو ملوثات، قد تنخفض أو ترتفع درجة الغليان تبعاً لطبيعة تلك المركبات، وفقاً لقوانين راولت والانحراف عن السلوك المثالي للمحاليل.

– التفاعل مع الماء:

عند خلط الميثانول بالماء، يتكون محلول متجانس تنخفض فيه درجة الغليان مقارنة بكل منهما منفرداً، وذلك بسبب تكوين روابط هيدروجينية أقوى تؤثر على توزيع الطاقة داخل المحلول.

– الضغط الجوي المحلي:

كما ذكر سابقاً، في الأماكن المرتفعة التي يقل فيها الضغط الجوي (مثل الجبال أو المناطق ذات الضغط المنخفض)، يغلي الميثانول عند درجة حرارة أقل من 64.7 مئوية، وهذا يؤخذ بعين الاعتبار في التطبيقات الصناعية والتجارية.

سلوك الميثانول في العمليات الحرارية

الميثانول يُستخدم في العديد من العمليات الحرارية، ليس فقط بسبب درجة غليانه المنخفضة، بل أيضاً بفضل خصائصه الحرارية الأخرى مثل الحرارة الكامنة للتبخر، والتي تقدر بـ 1100 كج/كغ تقريباً. هذه الخاصية تجعله مفيداً في نظم التبريد والتبخير السريع، إذ يمكنه امتصاص كمية كبيرة من الحرارة عند تبخره، ما يسهم في تقليل حرارة النظام المحيط.

السلامة والوقاية عند التعامل مع الميثانول

بسبب انخفاض درجة غليانه، فإن الميثانول غالباً ما يكون في صورة بخار في درجات الحرارة المتوسطة، ويشكل بخاره خطراً قابلاً للاشتعال. لهذا السبب، يجب اتخاذ احتياطات دقيقة عند استخدامه، ومنها:

• تخزينه في حاويات محكمة الإغلاق ومقاومة للحرارة.

• تجنب استخدامه بالقرب من مصادر الحرارة أو اللهب المكشوف.

• استخدام التهوية الجيدة في المناطق التي يجري فيها تبخيره أو تسخينه.

• ارتداء معدات الحماية الشخصية مثل القفازات والنظارات الواقية.

استخدام درجة الغليان في تحديد نقاء الميثانول

في المختبرات الكيميائية، تعد درجة غليان الميثانول مؤشراً مهماً على نقائه. إذ أن أي انحراف عن الدرجة المعيارية (64.7°C) يدل على وجود شوائب. تُستخدم تقنيات مثل التقطير الجزئي لقياس درجة الغليان بدقة، وتحديد درجة النقاء بناء على ذلك.

الخلاصة العلمية

درجة غليان الميثانول تمثل خاصية فيزيائية مركزية تؤثر على استخداماته وتفاعلاته في كافة المجالات العلمية والصناعية. وهي تعكس التوازن بين الروابط بين الجزيئية الصغيرة والنشاط الجزيئي العالي. فهم هذه الخاصية يمكن أن يسهم في تحسين ظروف الإنتاج، وتطوير تقنيات الأمان والسلامة، وتحديد مدى ملاءمته للتطبيقات المختلفة، سواء في المجال الكيميائي أو الطاقي أو البيئي.

المراجع:

• [1] Lide, D. R. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 86th Edition. CRC Press.

• [2] Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Toxicological Profile for Methanol. U.S. Department of Health and Human Services.