Makala kuhusu Mabadiliko ya awamu Halijoto muhimu Pointi tatu
Katika majadiliano ya sheria bora ya gesi, imeelezwa kwamba sheria bora ya gesi inaelezea tabia ya gesi halisi kwa usahihi tu wakati shinikizo na msongamano wa gesi halisi si mkubwa sana. Ikiwa shinikizo na msongamano halisi wa gesi ni mkubwa vya kutosha, sheria bora ya gesi hutoa matokeo yasiyo sahihi, vivyo hivyo, wakati halijoto ya gesi halisi inakaribia kiwango cha mchemko. Hii 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 kama unapoweka kipande cha chuma kwenye sumaku. Ikiwa umbali kati ya sumaku na chuma ni wa kutosha, sumaku haiwezi kuvuta chuma. Lakini ikiwa umbali kati ya sumaku na chuma ni karibu, chuma huvutwa karibu zaidi.
Kwa hivyo molekuli za gesi hufanya kazi kama sumaku. Umbali kati ya molekuli unapokuwa karibu vya kutosha, molekuli huvutana pamoja. Nguvu ya kuvuta husababisha umbali kati ya molekuli kukaribia zaidi (kiasi cha gesi hupungua). Kwa kawaida, hii hutokea wakati shinikizo la gesi ni kubwa vya kutosha (shinikizo kubwa, ujazo mdogo. Kiasi kidogo, umbali kati ya molekuli unakaribia zaidi). Kwa hivyo, sheria bora ya gesi haitoi matokeo sahihi wakati shinikizo na msongamano wa gesi halisi ni mkubwa.
Mchoro wa Shinikizo dhidi ya Kiasi cha Shinikizo
Ili kuelewa vyema tatizo hapo juu, hebu tupitie mchoro, unaoelezea uhusiano kati ya shinikizo la gesi na ujazo. Mikunjo 1, 2, 3 na 4 inaonyesha tabia sawa ya gesi 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 mkato katikati ya mchoro. Halijoto ya gesi huwa thabiti kila wakati, ambayo hubadilisha shinikizo (P) na ujazo (V) wa gesi pekee.
Kulingana na sheria bora ya gesi, mstari unaoanzia nambari 1 lazima uishie nambari 1. Vivyo hivyo, mstari unaoanzia nambari 2 lazima usimame nambari 2. Ukweli unaopatikana na gesi halisi sio kwa utabiri bora wa sheria ya gesi. Wakati shinikizo la gesi ni kubwa vya kutosha, ujazo wa gesi unakuwa mdogo na hupotoka kutoka kwa utabiri bora wa sheria ya gesi (linganisha na mkunjo wa 1 na mkunjo wa 2). Kiasi cha kupotoka kwa ujazo wa gesi pia hutegemea halijoto. Ikiwa halijoto ya gesi ni ya chini na inakaribia kiwango cha kuyeyuka, ambayo pia ni kiwango cha kuchemka (nukta b), gesi kwa kawaida hupata kupotoka kwa ujazo muhimu zaidi kuliko wakati halijoto ni ya juu (linganisha mikunjo ya 1, 2, 3 na 4). Ikiathiriwa na uwepo wa mvuto 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 c inayopitishwa na mkunjo wa tatu inaitwa sehemu muhimu. Katika halijoto iliyo juu kuliko halijoto muhimu, umbo la gesi haliwezi kubadilika kuwa umbo la kimiminika, ingawa hupewa shinikizo kubwa (linganisha na mkunjo wa 2 na mkunjo wa 1). Shinikizo linalotolewa hufanya tu ujazo wa gesi kuwa mdogo, lakini haliwezi kubadilisha gesi kuwa kimiminika. Kinyume chake, katika halijoto iliyo chini kuliko halijoto muhimu, gesi itabadilika kuwa kimiminika ikiwa itapewa shinikizo kamili (linganisha na mkunjo wa 3). Kiasi cha shinikizo kinachoweza kugeuza gesi kuwa kimiminika 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 gesi na kimiminika viko katika usawa. Mwanzoni, ujazo wa gesi ni mkubwa. Baada ya shinikizo la gesi kuongezeka, ujazo wa gesi unakuwa mdogo hadi kufikia nukta b (nukta b ni kiwango cha kuyeyuka, au kiwango cha kuchemka). Inapofika nukta b, gesi huanza kubadilika kuwa kimiminika. Wakati wa mchakato wa kubadilisha gesi kuwa kimiminika (kutoka nukta b hadi nukta a), ujazo wa dutu hii unakuwa mdogo ingawa hakuna ongezeko la shinikizo (lililowekwa alama kwa mstari ulionyooka). Katika nukta a, gesi zote zimegeuka kuwa kimiminika. Baada ya kufika nukta a kuongeza shinikizo kwenye dutu hii husababisha tu mabadiliko madogo ya ujazo (yaliyowekwa alama kwa mkunjo mkali sana).
Katika maisha ya kila siku, mara nyingi tunatumia maneno mvuke na gesi. Kwa mfano, mvuke wa maji au gesi ya nitrojeni. Mara chache sana tunarejelea mvuke wa maji kama gesi ya maji, ingawa mvuke wa maji ni gesi kutoka kwa maji. Vile vile na nitrojeni, oksijeni, n.k. Nitrojeni au oksijeni hujulikana kama gesi. Gesi na mvuke zina maana tofauti. Ikiwa gesi kutoka kwa dutu iko chini ya halijoto muhimu ya nyenzo, basi tunaiita mvuke. Kinyume chake, ikiwa gesi kutoka kwa dutu iko juu ya halijoto muhimu ya dutu, basi tunaiita gesi.
Mchoro wa shinikizo dhidi ya Halijoto (Mchoro wa Awamu)
Hapo awali nilielezea tabia ya vitu, kwa kutumia mchoro wa shinikizo dhidi ya ujazo. Mbali na kutumia mchoro wa PV, tabia ya vitu inaweza kuelezewa kwa kutumia mchoro wa shinikizo (P) dhidi ya Joto (T). Michoro ya PT kwa kawaida hujulikana kama michoro ya awamu. Inaitwa mchoro wa awamu kwa sababu mchoro huu hutumika kulinganisha awamu za dutu. Mojawapo ya vitu ambavyo mara nyingi hubadilisha awamu ni maji.
Kuna mikunjo mitatu kwenye mchoro, yaani mikunjo ya uvukizi, mikunjo ya kuyeyuka na mikunjo ya usablimishaji.
Mkunjo wa uvukizi huonyesha sehemu ambapo kioevu na mvuke viko katika usawa. Sehemu ambapo kioevu na umbo la mvuke viko katika usawa huitwa sehemu ya kuyeyuka, au sehemu ya kuchemka (inayoitwa 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 kugeuka kuwa mvuke) Kwa hivyo, mkunjo wa uvukizi Kwa kweli ni grafu inayoelezea uhusiano kati ya shinikizo (P) na kiwango cha mchemko/joto la kuyeyuka. Inaonekana kwamba kadiri shinikizo linavyopungua, ndivyo kiwango cha mchemko cha maji kinavyopungua, au kadiri shinikizo linavyoongezeka, ndivyo halijoto ya kiwango cha mchemko cha maji inavyoongezeka. Kwa shinikizo la atm 1, halijoto ya kiwango cha mchemko cha maji ni 100 oC. Kinyume chake, kwa shinikizo la 218 atm, halijoto ya kiwango cha mchemko cha maji = 374 oC.
Shinikizo la atm 218 pia huitwa shinikizo muhimu la maji, huku halijoto ikiwa 374 oC pia huitwa halijoto muhimu ya maji. Ikiwa halijoto ya mvuke ni chini ya 374 oC, kisha mvuke unaweza kubadilisha awamu yake kuwa kioevu ikiwa itapewa shinikizo la 374 oC. Shinikizo haliwezi kugeuza mvuke kuwa kioevu ikiwa halijoto ni kubwa kuliko nyuzi joto 218 oC.
Mkunjo wa kuyeyuka unaonyesha sehemu ambapo kioevu na kigumu viko katika usawa. Sehemu ambapo kioevu na kigumu viko katika usawa inaitwa sehemu ya kuyeyuka au sehemu ya kuganda (inayoitwa 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 inayoelezea uhusiano kati ya shinikizo (P) na sehemu ya kuyeyuka au halijoto ya kuganda. Katika shinikizo la atm 1, sehemu ya kuganda ya maji (au sehemu ya kuyeyuka ya barafu) = 0 oC. Tofauti na 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 kwenye kioevu ikiwa halijoto ni kati ya 0 oC na 100 oC. Maji yapo kwenye kigumu ikiwa, kwa shinikizo la atm 1, halijoto ni chini ya 0 oC au maji yapo kwenye mvuke ikiwa, kwa shinikizo la atm 1, halijoto inazidi 100 oC.
Mkunjo wa usablimishaji unaonyesha sehemu ambapo imara na mvuke ziko katika usawa 
Usawa unaitwa sehemu ya usablimishaji. Kwa hivyo, mkunjo wa usablimishaji ni grafu inayoelezea uhusiano kati ya shinikizo (P) na halijoto ya sehemu ya usablimishaji. Usablimishaji ni mchakato wa kubadilisha imara kuwa mvuke, bila kupita kwenye kimiminika. Kwa kawaida, usablimishaji hutokea tu kwa shinikizo la chini. Barafu inaweza kusablimishwa tu ikiwa halijoto ni chini ya 0.01. oC 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.
