Lisää faasimuutoksista

Olet huomannut, miten vesi muuttaa olomuotoaan — jääpalat sulavat juomaasi, vesi muuttuu kiehuessaan höyryksi, höyry muuttuu jääksi pakastimessa. Olomuodon muutokset: sulaminen, jäätyminen, höyrystyminen, tiivistyminen, sublimoituminen ja härmistyminen, ovat faasimuutoksia. Vesi ei ole ainoa aine, joka voi kokea faasimuutoksia. Oikeissa olosuhteissa kaikki aineet voivat muuttaa olomuotoa! Ajattele voita kuumalla paahtoleivällä, laavaa, joka muuttuu kiveksi, tai nokea, joka takertuu savupiippuun.

Monet muovi-, metalli- ja lasiesineet tehdään olomuodon muutoksilla. Niiden tekemisessä on tiedettävä, milloin faasimuutos tapahtuu, ja sitä on hallittava. Miten? Aineen olomuoto riippuu siinä olevasta energiasta. Jos haluat aineen muuttavan olomuotoaan, energiaa on lisättävä tai poistettava.

Lämpötilan muuttaminen on yksi tapa. Otetaan kynttilä esimerkiksi. Kun kynttilä palaa, sen lämpötila nousee. Lämmön muodossa oleva energia johtuu palavasta sydänlangasta vahaan. Tämä lämpö muuttuu liike-energiaksi vahan hiukkasissa.

Hiukkaset saavat kineettistä energiaa. Ne alkavat liikkua yhä nopeammin, niiden väliset sidokset rikkoutuvat, ja ne liikkuvat kauemmaksi toisistaan. Vaha sulaa. Kun puhallat kynttilään, liekki sammuu ja lämpötila laskee. Lämpö siirtyy pois vahasta.

Hiukkaset menettävät liike-energiaa ja hidastuvat. Silloin ne pysyvät yhdessä ja muodostavat kiinteitä rakenteita. Vahasta tulee taas kiinteää. Kun lämpöä lisätään tai poistetaan, lämpötila nousee tai laskee kunnes se saavuttaa pisteen, jossa faasimuutos tapahtuu. Faasimuutoksen aikana energiaa käytetään muuttamaan aineen olomuotoa, ennemmin kuin sen lämpötilaa.

Lämpötila pysyy samana, ja aine on samaan aikaan kahdessa olomuodossa kunnes faasimuutos on tapahtunut. Faasimuutokset tapahtuvat kahdessa eri pisteessä. Yksi tapahtuu, kun aine on sekä kiinteänä että nesteenä, mikä tapahtuu sulamisen tai jäätymisen aikana. Tämä on sulamispiste. Toinen on aineen muuttuminen nesteestä kaasuksi — kiehumisen tai tiivistymisen aikana.

Tämä on kiehumispiste. Kukin aine tarvitsee eri määrän energiaa muuttaakseen olomuotoaan, joten niillä on eri sulamispisteet ja eri kiehumispisteet. Toinen tapa muuttaa aineen energiamäärää on paineen muuttaminen. Kovassa paineessa hiukkaset painautuvat toisiaan vasten ja pysyvät siinä. Rakenteen rikkomiseen vaaditaan enemmän energiaa.

Useimmille aineille kovempi paine tarkoittaa korkeampaa sulamis- ja kiehumispistettä. Vesi on ainoa poikkeus — kovassa paineessa jää sulaa kylmemmässä lämpötilassa, ei lämpimämmässä. Matalassa paineessa hiukkaset voivat liikkua helposti pois toistensa luota. Aineen sulamiseen tai höyrystymiseen tarvitaan siis vähemmän energiaa, joten sulamis- ja kiehumispisteet ovat alhaisemmat. Muuttamalla lämpötilaa ja painetta aineen energiaa voidaan muuttaa ja faasimuutoksia voidaan hallita – muillakin aineilla kuin vedellä!