غليان متفجر

في الكيمياء الفيزيائية ، يُعرف الغليان الانفجاري أو الانفجار الطوري بأنه عملية يتحول فيها سائل فائق التسخين غير مستقر إلى حالة طورية ثنائية مستقرة نتيجةً لتكوّن متجانس وكثيف لفقاعات البخار. وقد كان إم إم مارتينيوك رائدًا في هذا المفهوم عام 1976 ^{[ 1 ]} ، ثم طوره لاحقًا كل من فوك وسيدل. ^{[ 2 ]}

يمكن وصف الغليان الانفجاري على أفضل وجه باستخدام مخطط الطور للضغط ودرجة الحرارة ( p - T ) . ^{[ 3 ]} يوضح الشكل على اليمين مخطط طور نموذجي للضغط ودرجة الحرارة لمادة ما. يمثل خط التعايش، أو منحنى التواجد المشترك، حالة ديناميكية حرارية يتعايش فيها السائل والبخار عند درجة حرارة وضغط محددين. أما خط الانفصال الطوري على اليمين، فيمثل حد عدم الاستقرار المطلق للمحلول، مما يؤدي إلى تحلله إلى أطوار متعددة. وتظهر عملية التسخين النموذجية باللون الأحمر.

إذا كانت عملية التسخين بطيئة نسبيًا، فإن السائل يملك وقتًا كافيًا للاسترخاء والوصول إلى حالة التوازن، ويتبع منحنى التوازن الثنائي، وتبقى علاقة كلاوزيوس-كلابيرون سارية. خلال هذه الفترة، يحدث تبخر غير متجانس في المادة، حيث تتشكل الفقاعات من الشوائب والأسطح وحدود الحبيبات، وما إلى ذلك. ^{[ 4 ]}

من جهة أخرى، إذا كانت عملية التسخين سريعة بما يكفي بحيث لا تستطيع المادة الوصول إلى منحنى التوازن الثنائي عبر الغليان غير المتجانس، فإن السائل يصبح فائق التسخين ، حيث تتجاوز درجة حرارته نقطة الغليان عند ضغط معين. عندئذٍ، ينزاح النظام بعيدًا عن منحنى التوازن الثنائي ويستمر في اتباع المنحنى الأحمر، مقتربًا بذلك من منحنى الانفصال. بالقرب من درجة الحرارة الحرجة ، تتغير الخصائص الديناميكية الحرارية، مثل الحرارة النوعية والكثافة ، بسرعة، كما هو موضح في الشكل على اليمين. تشهد الكثافة والإنتروبيا أكبر قدر من التقلبات. خلال هذه الفترة، من الممكن حدوث تقلب كبير في الكثافة في حجم صغير جدًا. يؤدي هذا التقلب في الكثافة إلى تكوّن فقاعة. تحدث عملية تكوّن الفقاعة بشكل متجانس في جميع أنحاء المادة. يزداد معدل تكوّن الفقاعة ومعدل نمو كرة البخار بشكل أُسّي كلما اقتربنا من درجة الحرارة الحرجة. يمنع ازدياد التكوّن النظام من الوصول إلى منحنى الانفصال. عندما يصل نصف قطر الفقاعة إلى حجم حرج، تستمر الفقاعات في التمدد وتنفجر في النهاية، مما ينتج عنه خليط من الغاز والقطرات. هذا هو الغليان الانفجاري، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم الانفجار الطوري. ^{[ 4 ]}

استخدم إم إم مارتينيوك الغليان الانفجاري لحساب درجة الحرارة الحرجة للمعادن. وقد استخدم المقاومة الكهربائية لتسخين سلك معدني. ووجد أن الغليان الانفجاري يحدث عند استخدام تقنية الاستئصال بالليزر فائق السرعة (فيمتوثانية) .

• انفجار بخار سائل مغلي متمدد (BLEVE)
• انتقال طور سريع
• انفجار بخاري