Mabadiliko ya Nyenzo katika Hali ya Joto Muhimu Pointi Tatu
Katika majadiliano ya sheria bora ya gesi, ilielezwa kwamba sheria bora ya gesi inaelezea kwa usahihi tabia ya gesi halisi tu wakati shinikizo na msongamano wa gesi halisi si mkubwa sana. Ikiwa shinikizo na msongamano wa gesi halisi ni mkubwa vya kutosha, sheria bora ya gesi hutoa matokeo yasiyo sahihi. Hii pia ni kweli wakati halijoto ya gesi halisi inakaribia kiwango chake cha kuchemka.
Hii kwa kweli inahusiana na mwingiliano unaotokea kati ya molekuli halisi za gesi. Shinikizo la gesi ni kinyume na ujazo wa gesi. Shinikizo la gesi linapokuwa kubwa vya kutosha, ujazo wa gesi unakuwa mdogo. Kwa sababu ujazo wa gesi ni mdogo, umbali kati ya molekuli za gesi unakuwa karibu zaidi. Umbali kati ya molekuli unapokuwa karibu zaidi, molekuli huvutiana. Ni sawa na unapoleta kipande cha chuma karibu na sumaku. Ikiwa umbali kati ya sumaku na chuma ni wa kutosha, sumaku haiwezi kuvutia chuma. Lakini ikiwa umbali kati ya sumaku na chuma ni wa karibu, chuma huvutwa karibu zaidi.
Kwa hivyo molekuli za gesi hufanya kazi kama sumaku na chuma katika mfano hapo juu… Wakati umbali kati ya molekuli upo karibu vya kutosha, molekuli huvutiana. Uwepo wa nguvu za kuvutia husababisha umbali kati ya molekuli kuwa karibu zaidi (kiasi cha gesi huwa kidogo). Kawaida hii hutokea wakati shinikizo la gesi ni kubwa vya kutosha (Shinikizo kubwa, ujazo mdogo. Kiasi kidogo, umbali kati ya molekuli unakuwa karibu zaidi). Kwa hivyo, sheria bora ya gesi haitoi matokeo sahihi wakati shinikizo na msongamano wa gesi halisi ni kubwa vya kutosha.
Mchoro wa Shinikizo dhidi ya Kiasi
Ili kuelewa vyema tatizo lililo hapo juu, hebu tupitie mchoro unaoonyesha uhusiano kati ya shinikizo na ujazo wa gesi. Mikunjo 1, 2, 3, na 4 inaonyesha tabia ya gesi ile ile katika halijoto tofauti. Halijoto ya gesi inayoonyeshwa kwenye mkunjo 1 ni kubwa kuliko mkunjo 2. Halijoto ya gesi inayoonyeshwa kwenye mkunjo 2 ni kubwa kuliko mkunjo 3. Halijoto ya gesi inayoonyeshwa kwenye mkunjo 3 ni kubwa kuliko mkunjo 4. Mkunjo ni mstari ulioinama katikati ya mchoro. Halijoto ya gesi hubaki sawa kila wakati, mabadiliko pekee ni shinikizo (P) na ujazo (V) wa gesi.
Kulingana na sheria bora ya gesi, mstari unaoanzia 1 lazima uishie 1. Vile vile, mstari unaoanzia 2 lazima uishie 2. Ukweli unaopatikana na gesi halisi hauambatani na utabiri wa sheria bora ya gesi. Wakati shinikizo la gesi linapokuwa kubwa vya kutosha, ujazo wa gesi unakuwa mdogo na hupotoka kutoka kwa utabiri wa sheria bora ya gesi (linganisha mikunjo 1 na 2). Ukubwa wa kupotoka katika ujazo wa gesi pia hutegemea halijoto. Ikiwa halijoto ya gesi ni ya chini na karibu na kiwango cha kuyeyuka, pia inajulikana kama kiwango cha kuchemka (nukta b), gesi kwa kawaida hupata kupotoka kubwa kwa ujazo ikilinganishwa na wakati halijoto ni ya juu (linganisha mikunjo 1, 2, 3, na 4). Hii huathiriwa na nguvu za kuvutia kati ya molekuli za gesi, kama ilivyoelezwa hapo awali.
Mkunjo wa 3 kwenye mchoro hapo juu unaonyesha tabia ya dutu kwenye halijoto yake muhimu. Sehemu ya c, ambayo mkunjo wa 3 hupitia, huitwa sehemu muhimu. Katika halijoto iliyo juu kuliko halijoto muhimu, gesi haiwezi kubadilika kuwa kioevu hata kama shinikizo kubwa sana litatumika (linganisha na mikunjo ya 2 na 1). Shinikizo linalotumika hupunguza tu ujazo wa gesi lakini haliwezi kuibadilisha kuwa kioevu. Kinyume chake, katika halijoto iliyo chini kuliko halijoto muhimu, gesi itabadilika kuwa kioevu ikiwa shinikizo fulani litatumika (linganisha na mkunjo wa 3). Kiasi cha shinikizo kinachoweza kubadilisha gesi kuwa kioevu kwenye halijoto muhimu kinajulikana kama shinikizo muhimu. Kila dutu ina halijoto muhimu tofauti na shinikizo muhimu.
Mkunjo wa 4 kwenye mchoro hapo juu unaonyesha mchakato wa kubadilika kutoka gesi hadi kimiminika. Eneo lenye kivuli (linalofanana na mlima) ni eneo ambalo awamu za gesi na kimiminika ziko katika usawa. Hapo awali, ujazo wa gesi ni mkubwa sana. Baada ya shinikizo la gesi kuongezeka, ujazo wa gesi unakuwa mdogo hadi kufikia nukta b (nukta b ni kiwango cha kuyeyuka, pia hujulikana kama kiwango cha kuchemka). Inapofikia nukta b, gesi huanza kubadilika na kuwa kimiminika. Wakati wa mchakato wa kubadilika kutoka gesi hadi kimiminika (kutoka nukta b hadi nukta a), ujazo wa dutu hii unakuwa mdogo hata kama hakuna ongezeko la shinikizo (lililowekwa na mstari ulionyooka). Katika nukta a, gesi yote imebadilika na kuwa kimiminika. Baada ya kufikia nukta a, shinikizo linaloongezeka kwenye dutu hii husababisha tu mabadiliko madogo sana ya ujazo (liliowekwa na umbo la mkunjo ulioinuka sana).
Katika maisha ya kila siku, mara nyingi tunatumia maneno mvuke na gesi. Kwa mfano, mvuke wa maji au gesi ya nitrojeni. Karibu haturejelei mvuke wa maji kama gesi ya maji, ingawa mvuke wa maji kwa kweli ni aina ya maji yenye gesi. Vivyo hivyo kwa nitrojeni, oksijeni, n.k. Nitrojeni au oksijeni kwa kawaida hujulikana kama gesi. Gesi na mvuke zina maana tofauti. Ikiwa hali ya gesi ya dutu iko chini ya halijoto muhimu ya dutu, basi tunaiita mvuke. Kinyume chake, ikiwa hali ya gesi ya dutu iko juu ya halijoto muhimu ya dutu, basi tunaiita gesi.
Mchoro wa Shinikizo dhidi ya Halijoto (Mchoro wa Awamu)
Hapo awali, tulielezea tabia ya vitu kwa kutumia mchoro wa Shinikizo dhidi ya Kiasi. Mbali na kutumia mchoro wa PV, tabia ya vitu inaweza kuelezewa kwa kutumia mchoro wa Shinikizo (P) dhidi ya Halijoto (T). Mchoro wa PT kwa kawaida hujulikana kama mchoro wa awamu. Unaitwa mchoro wa awamu kwa sababu hutumika kulinganisha awamu, au hali, za dutu. Dutu moja ambayo mara nyingi hupitia mabadiliko katika hali ni maji.
Kuna mikunjo mitatu kwenye mchoro, yaani mkunjo wa uvukizi, mkunjo wa kuyeyuka na mkunjo wa usablimishaji.
Mkunjo wa uvukizi huonyesha sehemu ambapo kioevu na mvuke viko katika usawa. Sehemu ambapo kioevu na mvuke viko katika usawa huitwa sehemu ya kuyeyuka au sehemu ya kuchemka (Huitwa sehemu ya kuyeyuka kwa sababu katika hatua hii mvuke unaweza kuyeyuka na kubadilika kuwa maji. Huitwa sehemu ya kuchemka kwa sababu katika hatua hii maji yanaweza kuchemka na kubadilika kuwa mvuke). Kwa hivyo, mkunjo wa uvukizi kwa kweli ni grafu inayoelezea uhusiano kati ya shinikizo (P) na halijoto ya kiwango cha kuchemka/kiwango cha kuyeyuka. Inaonekana kwamba shinikizo linapokuwa dogo, kiwango cha kuchemka cha maji kinapungua, au shinikizo linapokuwa kubwa, ndivyo kiwango cha kuchemka cha maji kinavyoongezeka. Katika shinikizo la atm 1, kiwango cha kuchemka cha maji = 100 o C. Kinyume chake, katika shinikizo la atm 218, kiwango cha kuchemka cha maji = 374 o C.
Shinikizo la atm 218 pia hujulikana kama shinikizo muhimu la maji, huku halijoto ya 374 ° C pia hujulikana kama halijoto muhimu la maji. Ikiwa halijoto ya mvuke ni chini ya 374 ° C, basi mvuke unaweza kubadilika na kuwa kioevu ukipewa shinikizo la 374 ° C. Hakuna kiasi cha shinikizo kinachoweza kubadilisha mvuke kuwa kioevu ikiwa halijoto ni kubwa kuliko 218 ° C.
Mkunjo wa kuyeyuka unaonyesha sehemu ambapo hali ya kimiminika na imara ziko katika usawa. Sehemu ambapo hali ya kimiminika na imara ziko katika usawa inaitwa sehemu ya kuyeyuka au sehemu ya kuganda (Inaitwa sehemu ya kuyeyuka kwa sababu katika hatua hii barafu inaweza kuyeyuka na kuwa maji. Inaitwa sehemu ya kuganda kwa sababu katika hatua hii, maji yanaweza kuganda na kuwa barafu). Kwa hivyo, mkunjo wa kuyeyuka ni grafu inayoonyesha uhusiano kati ya shinikizo (P) na kiwango cha kuyeyuka au halijoto ya kiwango cha kuganda. Katika shinikizo la atm 1, kiwango cha kuganda cha maji (au kiwango cha kuyeyuka cha barafu) = 0 oC. Kinyume chake, kwa shinikizo la 218 atm, kiwango cha kugandisha maji (au kiwango cha kuyeyuka kwa barafu) ni chini ya 0 oC. Kumbuka kwamba kwa shinikizo la atm 1, maji huwa katika umbo la kimiminika ikiwa halijoto ni kati ya 0 oC na 100 oC. Maji yako katika umbo gumu ikiwa kwa shinikizo la atm 1, halijoto ni chini ya 0 oC au maji ni katika mfumo wa mvuke ikiwa kwa shinikizo la atm 1, halijoto ni zaidi ya 100 oC.
Mkunjo wa usablimishaji unaonyesha sehemu ambapo imara na mvuke ziko katika usawa. Sehemu ambapo imara na mvuke ziko katika usawa inaitwa sehemu ya usablimishaji. Kwa hivyo, mkunjo wa usablimishaji kwa kweli ni grafu inayoonyesha uhusiano kati ya shinikizo (P) na halijoto ya sehemu ya usablimishaji... Usablimishaji ni mchakato wa kubadilisha hali ngumu kuwa mvuke, bila kupita katika hali ya kimiminika... Kwa kawaida usablimishaji hutokea tu kwa shinikizo la chini. Barafu inaweza kusablimishwa tu ikiwa halijoto ni chini ya 0,01 o C na shinikizo ni chini ya 0,006 atm. Sehemu ambapo mikunjo mitatu inakutana inaitwa sehemu tatu.
Hapa chini kuna mchoro wa awamu wa kaboni dioksidi. Kumbuka kwamba mizani kwenye mchoro wa awamu ya maji na mchoro wa awamu ya kaboni dioksidi si ya mstari.
