Sulaminen, jäätyminen, höyrystyminen, ja tiivistyminen

Jää, vesi ja höyry muodostuvat kaikki samasta aineesta — vesimolekyyleistä. Mutta niistä jokaisessa molekyylit ovat järjestäytyneet eri tavalla. Se saa jään, veden ja höyryn näyttämään ja käyttäytymään erilailla. Ne ovat veden kolme olomuotoa. Olet luultavasti huomannut, kuinka vesi ei pysy samanlaisena ikuisesti.

Se voi muuttaa olomuotoaan. Kutsumme näitä muutoksia faasimuutoksiksi. Otetaanpa tämä jääpala. Sen lämpötila pakastimesta otettaessa on -10°C. Vesimolekyylit ovat liki toisiaan.

Ne muodostavat kiinteän rakenteen. Eivätkä ne voi liikkua vapaasti, ne vain värähtelevät hieman paikoillaan. Lisätäänpä lämpöä ja katsotaan, mitä tapahtuu. Lämpötila nousee. Paikoillaan olevat molekyylit alkavat värähdellä enemmän ja enemmän.

Kun lämpötila saavuttaa 0°C, rakenne alkaa hajota ja molekyylit voivat liikkua vapaammin. Jääpala on muuttumassa vedeksi! Tätä kutsutaan sulamiseksi, joka on yhdenlainen faasimuutos — kiinteä muuttuu nesteeksi. Riippumatta siitä paljonko lämpöä lisätään, kunhan jäätä on jäljellä, veden lämpötila pysyy samana: 0°C. Tämä on veden sulamispiste.

Tässä kaikki jää on sulanut vedeksi. Molekyylit eivät enää muodosta kiinteää rakennetta, mutta ne ovat silti lähellä toisiaan. Lisätäänpä vielä lämpöä! Lämpötila nousee. Molekyylit liikkuvat nopeammin, törmäilevät toisiinsa, ja alkavat hajaantua...

kunnes niitä alkaa irtaantua ja leijailla pois. Vesi muuttuu höyryksi. Tämä on esimerkki toisesta faasimuutoksesta — höyrystymisestä. Neste muuttuu kaasuksi — se höyrystyy. Neste voi höyrystyä kahdella eri tavalla.

Tässä on vesilätäkkö. Muutamassa päivässä se on kadonnut. Miten? Pinnalla olevien molekyylien on helppo irtautua nesteestä. Vähitellen koko vesimassa muuttuu höyryksi, ja lätäkkö häviää.

Tämä on yhdenlaista höyrystymistä — haihtumista. Haihtuminen tapahtuu vain nesteen pinnalta. Kuumennetaan nyt vettä altapäin. Kattilan pohjalla olevat vesimolekyylit, kuumenevat nopeammin kuin pinnalla olevat. Kun lämpötila saavuttaa 100°C vesi alkaa muuttua kaasuksi.

Kaasu muodostaa kuplia, jotka nousevat veden pinnalle. Tämä on toinen höyrystymistapa — kiehuminen. Ei ole väliä kuinka paljon lämpöä lisätään, kunhan vesi kiehuu sen lämpötila pysyy 100°C:ssa — kunnes neste on kokonaan muuttunut kaasuksi. 100°C on veden kiehumispiste. Jää sulaa ja vesi höyrystyy kun lämmitämme vesimolekyylejä.

Mitä tapahtuu, kun lämpö poistetaan? Annetaan höyryn jäähtyä. Kun lämpötila laskee, molekyylien liike hidastuu. Kun hitaasti liikkuvat molekyylit lähentyvät toisiaan, ne yhdistyvät ryppääksi. Eli vesihöyry muuttuu vedeksi.

Se tiivistyy. Tiivistyminen on faasimuutos, jossa kaasu muuttuu nesteeksi. Jatketaan lämmön vähentämistä. Molekyylit hidastuvat entisestään. 0°C:ssa molekyylit alkavat muodostaa järjestäytyneen, kiinteän rakenteen.

Nestemäinen vesi muuttuu kiinteäksi jääksi! Tämä on esimerkki jäätymisestä — faasimuutos, jossa neste muuttuu kiinteäksi. Vettä on kolmessa eri olomuodossa ja se muuttaa muotoaan faasimuutosten kautta. Kun lisätään lämpöä jää sulaa vedeksi; ja vesi höyrystyy. Kun poistamme lämpöä, höyry tiivistyy vedeksi; ja vesi jäätyy jääksi.