Vesi

Vesi on ainoa aine, joka esiintyy ympäristössämme kolmessa eri muodossa: kaasuna(vesihöyry), nesteenä(vesi), ja kiinteänä(jää). Jääkuutio pitää muotonsa, koska sen vesimolekyylit ovat järjestäytyneet kidehilaksi. Veden ja nesteiden molekyylit liikkuvat vapaasti toisistaan riippumatta, mutta ne ovat myös niin lähellä toisiaan, että neste on melko kokoonpuristumatonta. Kaasun molekyylien välillä taasen on tilaa, joten kaasua voidaan puristaa kokoon. Tämä kokoonpuristuvuus onkin veden ja kaasujen olennainen ero. Vesihöyry on läpinäkyvää kaasua, joten pannusta nouseva pilvi on itseasiassa sumuhattara, ei vesihöyryä.

Ominaislämpö kertoo kuinka paljon energiaa tulee kuluttaa, jotta saadaan kappale asteen lämpimämmäksi. Tämä on jokaiselle aineelle ominainen suure. Jään ominaislämpö on 2095J/kg, eli kun kulutamme 2095 joulea energiaa kiloa kohden, nousee jään lämpötila asteella. Jonkin ajan kuluttua jää saavuttaa sulamispisteen, joka on 0 celsiusastetta. Tämän lämpimämmäksi jää ei lämpene. Sulaminen on paljon energiaa kuluttava tapahtuma. Jään sulamislämpö on 335 000J/kg. Sulamisen jälkeen meillä on vasta 0 asteista vettä, vaikka kulutimme juuri 335 000joulea energiaa kiloa kohden. Vain olomuoto muuttui, ei lämpötila. Veden ominaislämpö on 4190J/kg. Kun olemme kuluttaneet 419 000 joulea energiaa, on vesi 100 asteista. Nyt vastaan tulee kiehumispiste, emme saa vettä enää kuumemmaksi, vaan se höyrystyy. Tämä höyrystymislämpö on jopa 2 258 000J/kg, eli mittavasti enemmän kuin aiemmat energiankulutukset. Vetemme muuttuu höyryksi kuitenkin ilmanpaineen mukaan. Korkeammalle mentäessä, missä ilmanpaine on vähemmän, kiehuu vesi alle 100 asteen. Tämä on noin -yksi aste 300 metriä kohden. Vuoristossa siis saa veden kiehumaan nopeammin kuin laaksossa. Perunoita ei saa siellä silti sen nopeammin valmiiksi, sillä kypsyminen on kiinni veden lämpötilasta, ei kiehumispisteestä. Tätä varten on keksitty painekattila, joka antaa veden kuumeta paineen ansiosta kuumemmaksi kuin normaalipaineessa. Entä saunassa? Pitääkö sinne nyt heittää kylmää vai kuumaa vettä sinne kiukaalle? Kun katsomme veden ominaislämpöä, huomaamme, että veden lämpiämiseen menevä energia on häviävän pieni siihen energiaan verrattuna, mikä menee höyrystymiseen. On siis yhdentekevää, heittääkö sinne kylmää vai kuumaa vettä.

Huomasimme, että veden olomuotojen vaihtelut vievät sekä tuovat energiaa. Kun vesihöyry tiivistyy vedeksi, vapautuu energiaa. Tätä kutsutaan latenttilämmöksi. Latentti tarkoittaa piilevää. Vesihöyry ei välttämättä ala tiivistyä vesipisaroiksi lämpötilan laskettua, sillä pisara syntyy aina tiivistymisytimen ympärille. Samalla tavoin vesi voi pysyä alijäähtyneessä tilassa, jos jäätymisytimiä ei löydy. Pilvissä pienet pilvipisarat voivat olla alijäähtyneessä tilassa pintajännityksensä ansiosta jopa -40 asteessa! Ne siis ovat veden muodossa, vaikka pakkanen on päätähuimaava. Mutta heti kun löytyy jokin ilman epäpuhtaus, jokin hiukkanen, joka toimii jäätymisytimenä, syntyy jääkiteitä.

Vesi käyttäytyy hyvin epätavallisesti lämpötilan muuttuessa. Veden tiheys on suurimmillaan +4 asteen kohdalla. Lämpötilan noustessa tai laskiessa tiheys pienenee. +4 asteinen vesi painuu siis pohjimmalle, mikä on loistava asia kalojen kannalta. Kylmä vesi on pinnalla, lämmin pohjalla. Makes You think.