Бұлану және қайнау

Егер сұйық құйылған ыдыстағы ауа  алдын ала сорылып шығарылған болса, онда сұйық бетінде қаныққан бу ғана қалады.

Қаныққан бу қысымы. Егер қаныққан будың алып тұрған көлемін кемітсек, онда қаныққан бу нендей өзгеріске ұшырар еді? Мысалы температурасын өзгертпей, тұрақты ұстап, цилиндрдегі поршеньнің астындағы сұйықпен тепе-теңдікте тұрған буды сығатын болсақ ше?

Бу сығылғанда тепе-теңдік бұзыла бастайды. Будың тығыздығы алғашқы мезетте аздап артады да, сұйықтан газға өтетін молекулалар санына қарағанда, газдан сұйыққа өтетін молекулалар саны арта бастайды. Алайда уақыт бірлігі ішінде сұйықтан бөлініп шығатын молекулалар саны тек температураға тәуелді, ал будың сығылуы ол санды өзгерте алмайды. Бұл процесс, тепе-теңдік пен тығыздық қайтадан қалыптасқанша, яғни молекулалардың шоғыры алғашқы мәніне жеткенше жүре береді.

Олай болса, тұрақты температурада  қаныққан бу молекулаларының шоғыры көлемге тәуелсіз болады.

Қысым молекулалар шоғырына пропорционал болғандықтан (р = пкТ,), қаныққан бу қысымы будың өзі алып тұрған көлеміне тәуелсіз екендігі шығады.

Сұйық өзінің буымен тепе-теңдікте болған жағдайда, көлемге тәуелсіз бу қысымы — р₀ қаныққан бу қысымы делінеді.

Қаныққан буды сыққан сайын, оның көбірек  бөлігі сұйық күйге көшеді. Сұйықтың берілген массасы дәл сондай бу массасына қарағанда аз көлем алады. Нәтижесінде будың тығыздығы өзгерген жағдайда оның көлемі азаяды.

Қанықпаған бу. Біз көбінесе газ және бу деген сөздерді пайдаландық. Газ бен бу арасында принциптік ешқандай айырмашылық жоқ және бұл сөздер жалпы алғанда бір-біріне барабар. Бірақ егер температура өзгермеген жағдайда кәдімгідей қысу арқылы газды сұйыққа айналдыратын болсақ, онда оны бу, дәлірек айтқанда қанықпаған. бу дейміз. Бу сұйыққа айнала бастағанда-ақ, сұйықпен тепе-тендікте болған бу қаныққан буға айналады.

• Сұйықтың булануы мен бу конденсациясының процесін түсіну оңай. Газ күйінің қызықтысы — қаныққан бу. Ол сұйықпен тепе-теңдік күй кешеді, оның қысымы мен тығыздығы көлемге тәуелді емес.

ҚАНЫҚҚАН БУ ҚЫСЫМЫҢЫҢ ТЕМПЕРАТУРАҒА ТӘУЕЛДІЛІГІ.

ҚАЙНАУ. ҚРИЗИСТІК ТЕМПЕРАТУРА

• Сұйық буланып қана қоймайды. Белгілі бір температурада ол қайнайды. Бұл температура немен анықталады? Оның қандай мәндерінде газды сұйыққа айналдыру мүмкін емес? Енді біз осы сұрақтарға жауап беруге көшейік.

Қаныққан бу қысымының температураға тәуелділігі. Тәжірибеге қарағанда, қаныққан бу күйі шамамен идеал газ күйі теңдеуі бойынша түсіндіріледі, ал оның қысымы мына формула бойынша анықталады:

Р_о = пкТ.

Температура жоғарылаған сайын, қысым да артады. Қаныққан бу қысымы көлемге тәуелсіз болғандықтан, қысым тек температураға ғана тәуелді болады.

Бірақ тәжірибе жүзінде табылған, бұл р₀ (Т) тәуелділік тұрақты көлемдегі идеал газдағыдай тура пропорционал болмайды. Температура жоғырылаған сайын идеал газ қысымымен салыстырғанда қаныққан бу қысымы тезірек артады. Егер изохора сызығын А нүктесі арқылы жүргізсек (пунктир түзу) бұл айқындала туседі. Бұлай болатыны неліктен?!

Жабық ыдыстағы сұйық пен буды қыздырғанда  сұйықтын бір бөлігі буға айналады. Нәтижеде формулаға сәйкес қаныққан будың қысымы сұйықтың температурасы артуы салдарынан ғана емес, сондай-ақ, бу молекулалар шоғырының (тығыздығының) артуы салдарынан да өседі. Негізінен қысымның температурамен бірге өсуі, атап айтқанда, молекулалар шоғырының артуымен анықталады. Идеал газ бен қаныққан будың өзгерулері кезіндегі негізгі айырмашылық — жабық ыдыстағы будың температурасы өзгергенде (немесе тұрақты температурада көлем өзгерген кезде) бу массасының өзгеруінде болып отыр. Сұйықтың біраз бөлігі буға айналады, немесе, керісінше, будың біразы конденсаңияланады. Идеал газда бұған ұқсас жағдай болмайды.

Сұйық түгел буланып болған соң, буды әрі қарай қыздырғанда ол қаныққан күйде болудан қалады және көлем тұрақ- ты болғанда оның қысымы абсолют температураға тура пропорционал болып өседі.

Қайнау. Сұйық температурасының артуымен бірге булану күшейе түседі. Ақырында сұйық қайнай бастайды. Қайнау кезінде сұйықтың барлық көлемі бойынша тез ұлғаятын бу көпірішіктері пайда болады да, олар сұйык, бетіне қалқып шығады. Сұйықтың қайнау температурасы тұрақты болып қалады. Мұның бұлай болуы — сұйыққа берілген энергияның барлығы оны буға айналдыруына жұмсалуында. Қайнаудың басталуы қандай жағдайларға байланысты? Сұйық ішінде еріген газдар қашан да бар. Олар ыдыс түбі мен қабырғаларына және сұйықта жүзіп жүрген шаң-тозаңдардан бөлініп шығады. Көпіршіктер ішіндегі сұйық булары да қаныққан бу болып есептеледі. Температураның өсуімен бірге қаныққан бу қысымы да артады, көпіршіктер ұлғаяды. Кері итеру күші әсерінен олар жоғары көтеріледі. Егер сұйықтың жоғары қабаттарының температурасы едәуір темен болса, онда бұл қабаттардағы көпіршіктер ішінде будың конденсациясы байқалады. Қысым күрт төмендейді де, көпіршіктер жарылады. «Жарылудың тез өтетіні сонша, көпіршік қабырғалары соқтығысып өз шама шарқынша кішкентай қопарылыс болғандай күй кешеді. Осындай көптеген микроқопарылыстар өзіне тән шу туғызады. Сұйық едәуір қызғанда, көпіршіктердің жарылуы тоқталады да, олар сұйық бетіне қалқып шығады. Сұйық қайнайды. Плита үстіндегі шайнекке зер салып бакылақдар. Шайнектін кайнау алдында ызылдауын токтатқанын байқайсындар.

Сұйықтың қайнау температурасының неліктен сұйық бетінің қысымына тәуелді екенін қаныққан бу қысымының  температураға тәуелділігі түсіндіреді. Көпіршік ішіндегі қаныққан бу қысымы, сұйық бетіне түсетін ауа қысымы (сыртқы қысым) мен сұйық бағанасының гидростатикалық қысымынан тұратын сұйық ішіндегі қысымнан азғана артық болғанда бу көпіршігі ұлғая алады.

Көпіршіктердегі қаныққан будың қысымы сұйық ішіндегі қысымммен теңелген кездегі температурада қайнау басталады.

Сыртқы қысым неғұрлым жоғары болса, қайнау температурасы соғұрлым жоғары болады. Мысалы, қысымы 1,6-10 Па-ға жететін бу қазанындағы судың температурасы 200°С болғанның өзінде де қайнамайды. Дәрігерлік мекемелерде герметикалық жабық ыдыстарда — автоклавтарда да судың қайнауы жоғары болады. Сондықтан қайнау температурасы 100°С-тан анағұрлым жоғары болады.

Автоклавтар хирургиялық аспаптарды, таңу материалдарын т. б. стерилдеу үшін қолданылады.

Керісінше, қысымды азайту арқылы біз қайнау температурасын төмендете аламыз. Колбадағы ауа мен су буын насоспен сорып шығару арқылы суды бөлме температурасында қайнауға мәжбүр етуге болады. Тауға көтерілген сайын атмосфералық қысым азая түседі. Сондықтан қайнау температурасы да төмендейді. 7134 м биіктікте (Памирдегі Ленин шыңы) қысым жуық шамамен 4-10⁴ Па (300 мм сын. бағ). Бұл жерде судың қайнау температурасы шамамен 70°С. Мұндай жағдайда ет пісіру мүмкін емес.