ما هي درجة غليان الكحول ؟ ” ودرجة تجمدها

الكحول

الكحول هو فئة من المركبات العضوية التي تتميز بوجود مجموعات هيدروكسيل “OH” المرتبطة بذرة كربون في سلسلة هيدروكربونية، وتسمى أيضا الألكيل، ويمكن اعتبار الماء “H2O” مشتقا عضويا للكحول، حيث يتم استبدال ذرة الهيدروجين بمجموعة ألكيل، ويتم تمثيلها عادة بواسطة حرف “R” في الهياكل العضوية، على سبيل المثال في الإيثانول (أو الكحول الإيثيل)، تكون مجموعة الألكيل هي مجموعة الإيثيل “CH2CH.

كما يعتبر الكحول مركبا عضويا شائعا للغاية، ويستخدم كمذيب وفي صناعة العطور، وهو مادة وسيطة قيمة في تصنيع المركبات الأخرى، وهي واحدة من المواد الكيميائية العضوية الأكثر إنتاجا في الصناعة، وتشمل أنواع الكحول الشهيرة الإيثانول والميثانول (أو الكحول الميثيل)، حيث يستخدم الإيثانول في منتجات التجميل والصيدلة والوقود، وأيضا لتعقيم أدوات المستشفيات.

 كما يستخدم الميثانول كمذيب وكمواد خام لتصنيع الفورمالديهايد والراتنجات الخاصة وفي أنواع الوقود الخاصة ومضادات التجمد وتنظيف المعادن، كما يمكن تصنيف الكحوليات على أنها أولية، أو ثانوية، أو ثالثية، والتي وفقًا لها يتم ربط كربون مجموعة الألكيل بمجموعة الهيدروكسيل، إن كثير من الكحول عبارة عن مواد صلبة عديمة اللون او سوائل في درجة حرارة الغرفة، والكحولات ذات الوزن الجزيئي المنخفض قابلة للذوبان في الماء بدرجة عالية مع زيادة الوزن الجزيئي، فتصبح أقل قابلية للذوبان في الماء، وتزداد نقاط غليانها، وضغط البخار، والكثافة، واللزوجة.

الخصائص الفيزيائية للكحول

معظم الكحولات الشائعة عبارة عن سوائل عديمة اللون في درجة حرارة الغرفة، كحول الإيثيلي وكحول الميثيل وكحول الأيزوبروبيل  هو يتكون من سوائل تتدفق مع روائح الفواكه الكحولي الأعلى تلك التي تحتوي على 4 إلى 10 ذرات كربون فهي تكون لها روائح فاكهيه أثقل وتكون زيتية أو لزجة، وبعض الكحوليات شديدة التشعب وكثير من الكحوليات تشمل على أكثر من 12 ذرة كربون هي مواد صلبة في درجة حرارة الغرفة.

درجة غليان الكحول

درجة غليان الكحول تعتمد على نوع الكحول المستخدم، بالإضافة إلى الضغط الجوي. تنخفض نقطة الغليان مع انخفاض الضغط الجوي، وتختلف درجات غليان المركبات العضوية. لذا، فإنها ستكون أقل قليلا ما لم تكن على مستوى سطح البحر. فيما يلي نظرة على نقاط غليان مختلفة لأنواع مختلفة من الكحول

• نقطة غليان الإيثانول، أو كحول الحبوب “C2H5OH”، عند الضغط الجوي (14.7 رطل لكل بوصة مربعة، 1 بار مطلق) هي 173.1 درجة فهرنهايت، أو 78.37 درجة مئوية.
• الميثانول (كحول الميثيل، كحول الخشب)، درجة حرارة 66 مئوية أو 151 فهرنهايت.
• كحول الأيزوبروبيل (الأيزوبروبانول): 80.3 درجة مئوية أو 177 درجة فهرنهايت.

وتكون نقاط غليان الكحول أعلى بكثير من تلك الموجودة في الألكانات ذات الأوزان الجزيئية على سبيل المثال، يشمل الإيثانول  بوزن جزيئي 46 “MW”  على نقطة غليان تبلغ 78 درجة مئوية (173 درجة فهرنهايت)، كما يشمل البروبان “MW 44” على نقطة غليان تبلغ-42 درجة مئوية (-44 درجة فهرنهايت).

يعود الاختلاف في نقاط الغليان إلى قوة الجذب بين جزيئات الإيثانول والكحوليات الأخرى التي تكوّن روابطًا هيدروجينية بينها بشكل أقوى بكثير من جزيئات البروبان، مما يؤدي إلى هذا الاختلاف الواضح في درجات حرارة الغليان.

تعزز جاذبية ذرة الأكسجين لرابطة “O – H” المتأينة بقوة نحو الكحول بتحريك الكثافة الإلكترونية بعيدا عن ذرة الهيدروجين. يمكن لهذا الهيدروجين المتأين الذي يحمل شحنة موجبة جزئية تشكيل رابطة هيدروجينية مع زوج من الإلكترونات غير المرتبطة على ذرة أكسجين أخرى عن طريق الروابط الهيدروجينية. تكون قوة هذه الروابط حوالي 5 سعرات حرارية (21 كيلوجول) لكل مول، وهي أضعف بكثير من الروابط التأيفية العادية التي تتراوح قوتها بين حوالي 70 و110 كيلو كالوري لكل مول.

الماء والكحول لهما خصائص متشابهة لأن جزيئات الماء تشمل على مجموعات هيدروكسيل يمكنها تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء وجزيئات الكحول، وبالمثل يمكن لجزيئات الكحول تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات كحول أخرى وكذلك مع الماء، ونظرًا لأن الكحول يشكل روابط هيدروجينية مع الماء، فإنها تميل إلى أن تكون قابلة للذوبان في الماء.

يشار إلى المجموعة الهيدروكسيل بأنها مجموعة محبة للماء، حيث تتشكل روابط هيدروجينية مع الماء وتزيد من قابلية ذوبان الكحول في الماء مثل الإيثانول والتربوتيل والميثانول والبروبيل والأيزوبروبيل، وجميعها قابلة للامتزاج بالماء. بينما تتجه الكحوليات ذات الأوزان الجزيئية الأعلى إلى أن تكون أقل قابلية للذوبان في الماء، نظرا لأن الجزء الهيدروكربوني في الجزيء يكون غير قطبي ويزداد بزيادة الوزن الجزيئي. لذا، فإن الكحوليات تعتبر مذيبات أفضل من المركبات الهيدروكربونية للمواد الأيونية والمركبات الأخرى ذات القطبية.

درجة تجميد الكحول

يتجمد الماء عند 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ونقطة التجمد لكحول الإيثانول النقي هي -114 درجة مئوية (-173.2 فهرنهايت)، فالمشروبات الكحولية عبارة عن مزيج من الكحول والماء في بعض الحالات، السكريات والإضافات الأخرى أيضًا، لذا فإن نقطة تجمد المشروبات الكحولية في مكان ما بينهما.

تعتمد درجة تجميد المواد الكحولية على نوع الكحول والضغط الجوي، حيث تكون درجة تجمد الإيثانول (الكحول الإيثيلي) بتركيبة كيميائية “C2H6O” حوالي 114 درجة مئوية تحت الصفر، ونقطة تجمد الميثانول (كحول الميثيل) بتركيبة كيميائية “CH3OH” تقريبا 97 درجة مئوية تحت الصفر. وبالتالي، يحدث تغيير في قيم نقطة تجمد المواد الكحولية بسبب تأثير قيمة الضغط الجوي.

من المعروف أنه إذا تواجدت المواد الكحولية في الماء، ستكون درجة تجمدها أعلى، لأن نقطة تجمد المشروبات الكحولية تقع ضمن نطاق نقطة تجمد الماء، وهي 0 درجة مئوية. الكحول الإيثانول النقي يصل إلى -114 درجة مئوية، وتبين أن معظم المشروبات الكحولية تحتوي على نسب أعلى من الماء من الكحول، وبالتالي يسهل تجميدها في الثلاجات المنزلية.

حقائق وأرقام حول الكحول

فيما يلي بعض الحقائق عن الكحول:

• يتوفر 88000 حالة وفاة سنويًا بسبب الإفراط في تناول الكحول.
• إدمان الكحول هو السبب الرئيسي الثالث للوفاة.
• يؤدي الاستهلاك المفرط للكحول إلى فقدان 2.5 مليون سنة من العمر المتوقع كل عام، وهو ما يعادل حوالي 30 عامًا من خسارة الحياة المتوقعة لكل حالة وفاة.
• يتم استخدام ما يصل إلى 40٪ من جميع أسرة المستشفيات في الولايات المتحدة، باستثناء تلك المستخدمة من قبل مرضى الولادة والعناية المركزة، لعلاج الأمراض المرتبطة بالكحول.
•  يُعتقد أن الرجال أكثر عرضة من النساء لشرب الكحول، ومن المرجح أن يتعرضوا للحوادث المرورية بشكل مزدوج بسبب إدمانهم على الكحول.
• ذكر 70% من الأطفال الذين تجاوزوا سن الثامنة عشرة أنهم شربوا الكحول مرة واحدة على الأقل، في حين ذكر 80% من طلاب الجامعات أنهم يفعلون ذلك.

تاريخ الكحول

منذ آلاف السنين، كان الناس يستخدمون خميرة الحبوب وعصائر الفاكهة لإنتاج الكحول، مثل الإيثانول والميثانول. تم اكتشاف المشروبات المخمرة في الحضارة المصرية المبكرة، وهناك أدلة على ظهور أول مشروبات كحولية في الصين تقريبا في عام 7000 قبل الميلاد. كان الأرز مصدرا للكحول في الهند، حيث استخدموا مشروبا مقطرا يعرف باسم سورا بين عامي 3000 و 2000 قبل الميلاد.

في القرن السادس عشر، تم استخدام الكحول، المسمى (الأرواح) طبيا، وفي بداية القرن الثامن عشر، أصدر البرلمان البريطاني تشريعا يشجع على استخدام الحبوب في تقطير المشروبات الكحولية، وانتشرت المشروبات الكحولية الرخيصة في السوق وبلغ استخدامها ذروته في منتصف القرن الثامن عشر بعد مئة عام، وفي المملكة المتحدة، وصل استهلاك الكحول إلى 18 مليون جالون وانتشرت إدمان الكحول.