വെള്ളത്തെ ചൂടാക്കി വാതകമാക്കിയാൽ പിന്നെ അതിനെ കാണാൻ പറ്റുമോ?

Vaisakhan Thampi*

ഇതിന് ‘പറ്റും’ അല്ലെങ്കിൽ ‘പറ്റില്ല’ എന്ന ഉത്തരം മനസ്സിൽ ആലോചിച്ച് കണ്ടെത്തിയിട്ട് ഉറപ്പിച്ചിട്ട് മാത്രം മുന്നോട്ട് വായിക്കാൻ ശ്രമിക്കുക

വളരെ പരക്കെ കാണപ്പെടുന്ന ഒരു ആശയക്കുഴപ്പം ആണ് ഈ ചോദ്യത്തിന് ആധാരം. വെള്ളത്തെ ചൂടാക്കിയാൽ സംഭവിക്കുന്ന അവസ്ഥാമാറ്റം (phase change) ഒക്കെ വളരെ ചെറിയ ക്ലാസ്സിലേ പഠിക്കുന്നതാണ്. പക്ഷേ ഒന്ന് തിരിച്ചും മറിച്ചും ചോദിച്ചാൽ, അതിലെ പല വാക്കുകളും അവ്യക്തമാണ് എന്ന് മനസ്സിലാവും. വെള്ളം ഒരു ദ്രാവകം (liquid) ആണ്. അതിനെ ചൂടാക്കിയാൽ അത് വാതകാവസ്ഥ (gas) പ്രാപിക്കുമെന്നും എല്ലാവർക്കും അറിയാം. വെള്ളം ചൂടാക്കൽ നമ്മുടെ ഒരു ദൈനംദിന പ്രവൃത്തി ആയതുകൊണ്ട് തന്നെ അതിൽ അപരിചിതത്വം തീരെയില്ല.

ഇനി പരിശോധിക്കേണ്ടത്, ഇതേപറ്റി സ്കൂളിൽ പഠിച്ച ചില വാക്കുകൾ എത്രത്തോളം നമുക്ക് വ്യക്തമാണ് എന്നാണ്. പലപ്പോഴും സമാന അർത്ഥത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന വാക്കുകളാണ്, ബാഷ്പീകരണവും തിളയ്ക്കലും. തിളയ്ക്കൽ എന്നാൽ ഇംഗ്ലീഷിൽ boiling. പക്ഷേ ഇംഗ്ലീഷിലെ vaporization, evaporation എന്നീ രണ്ട് വ്യത്യസ്തവാക്കുകളും ഒരുപോലെ ‘ബാഷ്പീകരണം’ എന്നാണ് തർജ്ജമ ചെയ്ത് കണ്ടിട്ടുള്ളത്. അതായത്, ഇംഗ്ലീഷിലാണേൽ വെള്ളം ചൂടാക്കുന്നിടത്ത് ഒരുപോലിരിക്കുന്ന മൂന്ന് വാക്കുകൾ ഉണ്ട്; evaporation, vaporization, boiling. ഇത് തമ്മിൽ എന്താണ് വ്യത്യാസം എന്ന് സ്വയം ഒന്ന് ആലോചിച്ചുനോക്കിയിട്ട് തുടരാം…

ഇനി ചൂടാക്കപ്പെട്ട വെള്ളത്തിന് അവസ്ഥാമാറ്റം സംഭവിച്ചാൽ അത് എന്തായിട്ടാണ് മാറുന്നത്? ജലബാഷ്പമാണോ (water vapour), നീരാവിയാണോ (steam)? അതോ ഇത് രണ്ടും ഒന്നാണോ? ഇതിന്റെ ഉത്തരവും സ്വയം ആലോചിച്ച് നോക്കിയശേഷം, നമുക്കാ അവസ്ഥാമാറ്റത്തിന്റെ ശാസ്ത്രത്തിലേയ്ക്ക് വരാം. ജലം ദ്രാവകാവസ്ഥയിലായാലും വാതകാവസ്ഥയിലായാലും H2O എന്ന തന്മാത്രകളാണ് അതിലുള്ളത്. അപ്പോൾ എന്താണ് വാതകാവസ്ഥയും ദ്രാവകാസ്ഥയും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം? ദ്രാവകാസ്ഥയിൽ ഒരു H2O തന്മാത്രയിലെ ഓക്സിജൻ ആറ്റത്തിനും, മറ്റൊരു തന്മാത്രയിലെ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിനും ഇടയിൽ ഒരു ആകർഷണബലം നിലനിൽക്കുന്നുണ്ട്. ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനം (hydrogen bond) എന്നാണ് ഇതിന് പേര്.

പക്ഷേ ഒരേ H2O തന്മാത്രയിലെ ഹൈഡ്രജനും ഓക്സിജനും തമ്മിലുള്ള ബന്ധനവുമായി താരതമ്യം ചെയ്താൽ വളരെ ദുർബലമാണിത്. താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ഊർജം കിട്ടിയാൽ തന്മാത്രകൾ ഇതിൽ നിന്ന് വിട്ടുമാറും. തന്മാത്രകൾ എപ്പോഴും ചലനത്തിലാണ്. ഖരാവസ്ഥയിൽ (solid) അത് ഒരു സ്ഥിരസ്ഥാനത്തിരുന്ന് കമ്പനം (vibration) ചെയ്യുകയാണെങ്കിൽ, ദ്രാവകത്തിലും വാതകത്തിലും അവ കറങ്ങിനടക്കാൻ മാത്രം സ്വതന്ത്രരാണ്. ദ്രാവകത്തിൽ ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധനം പോലെ ദുർബലമായ ഒരു പരസ്പരം ബന്ധം ഉണ്ടാകുമെന്നേയുള്ളൂ.

വെള്ളത്തിലെ എല്ലാ ജലതന്മാത്രകൾക്കും ഒരേ ഊർജമായിരിക്കില്ല. ചിലവയ്ക്ക് ശരാശരിയിൽ കൂടുതലും ചിലവയ്ക്ക് ശരാശരിയിലും താഴെയുമായിരിക്കും. ദ്രാവകാവസ്ഥയിൽ എപ്പോഴും ഒരു ചെറിയ ശതമാനം തന്മാത്രകൾക്ക് ഹൈഡ്രജൻ ബന്ധം പൊട്ടിയ്ക്കാൻ മാത്രമുള്ള ഊർജം ഉണ്ടാകും. ഇവ ഉപരിതലത്തിലേയ്ക്ക് വന്നാൽ, നൈസായിട്ട് പുറത്തെ വായുവിലേയ്ക്ക് ചാടുകയും ചെയ്യും. ഇങ്ങനെ ചാടുന്ന തന്മാത്രകളാണ് ജലബാഷ്പം എന്ന water vapour. ഈ പ്രക്രിയയാണ് evaporation. ഇത് എപ്പോഴും ഉപരിതലത്തിൽ നടക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ്. വെള്ളത്തിന്റെ താപനില എത്രത്തോളം കൂടുതലാണോ അത്രത്തോളം ഈ പ്രക്രിയയുടെ നിരക്കും ഉയരും.

അങ്ങനെ എത്ര വരെ ഉയരാം എന്നതാണ് അടുത്ത ചോദ്യം. ജലോപരിതലത്തിൽ സദാ അനുഭവപ്പെടുന്ന ഒരു സമ്മർദ്ദമുണ്ട്; അന്തരീക്ഷമർദ്ദം (atmospheric pressure). അന്തരീക്ഷത്തിലെ വായുതന്മാത്രകൾ ജലോപരിതലത്തിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ഒരു ഞെരുക്കമാണത്. ഈ ഞെരുക്കത്തിലേയ്ക്കാണ് ജലതന്മാത്രകൾ കൂടി ചെന്നുകയറുന്നത്. അന്തരീക്ഷം ഒരു വാതകമാണെങ്കിൽ, ജലബാഷ്പവും ഒരു വാതകമാണ്. അതിനും ഉണ്ട് ഒരു മർദ്ദം (vapour pressure). ബാഷ്പീകരണം കൂടുതൽ നടക്കുന്തോറും, ഈ ബാഷ്പമർദ്ദവും കൂടികൊണ്ടിരിക്കും. ഒരു ഘട്ടമാകുമ്പോൾ ഇത് അന്തരീക്ഷമർദ്ദത്തിന് തുല്യമാകും. അതങ്ങോട്ട് കഴിഞ്ഞാൽ, ബാഷ്പമർദ്ദത്തിന് മേൽക്കൈ കിട്ടുകയായി.

പിന്നെ ഒരു വരവാണ്! അതുവരെ ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് മാത്രമായാണ് ജലതന്മാത്രകൾ രക്ഷപെട്ടുകൊണ്ടിരുന്നതെങ്കിൽ ഇനി ദ്രാവകത്തിനുള്ളിലെ തന്മാത്രകൾക്കും വഴി തുറന്നുകിട്ടുകയാണ്. അങ്ങ് മുകളിൽ നമ്മടെ ആളുണ്ടെന്ന് വന്നാൽ, ഏത് ഞാഞ്ഞൂലും പത്തിവിടർത്തും എന്നാണല്ലോ! അങ്ങനെ അതുവരെ ഉപരിതലപ്രതിഭാസമായിരുന്ന ബാഷ്പീകരണം, ഒരു സ്ഥൂലപ്രതിഭാസം (bulk phenomenon) ആയി മാറുന്നു. ഇവിടെ വച്ച് evaporation എന്നത് boiling എന്ന തിളയ്ക്കൽ ആയി മാറുന്നു. ഈ രണ്ട് പ്രക്രിയയ്ക്കും കൂടി പൊതുവായി പറയുന്ന പേരാണ് vaporization.ഒരു ദ്രാവകത്തിന് മുകളിലുള്ള അന്തരീക്ഷമർദ്ദവും, ദ്രാവകത്തിന്റെ തന്നെ ബാഷ്പമർദ്ദവും തുല്യമാകുന്നത് ഒരു പ്രത്യേക താപനിലയിലായിരിക്കും. അതാണ് ആ ദ്രാവകത്തിന്റെ തിളനില (boiling point).

ജലത്തിന് ഇത് 100 ഡിഗ്രി സെൽസ്യസ് ആണ്. പുറത്തെ മർദ്ദം കുറവാണെങ്കിൽ ബാഷ്പമർദ്ദം പെട്ടെന്ന് അതിന് തുല്യമാകുമല്ലോ. അതുകൊണ്ട് തന്നെ പർവതപ്രദേശങ്ങൾ പോലെ അന്തരീക്ഷമർദ്ദം കുറഞ്ഞ ഇടങ്ങളിൽ വെള്ളം 100 ഡിഗ്രിയിൽ താഴെ തന്നെ തിളയ്ക്കും. എവറസ്റ്റിന് മുകളിൽ വെച്ചാണെങ്കിൽ, വെട്ടിത്തിളയ്ക്കുന്ന വെള്ളത്തിൽ നിങ്ങൾക്ക് സുഖമായി കൈമുക്കാം!ദ്രാവകത്തിനുള്ളിൽ നിന്ന് വാതകമാകുന്ന ജലതന്മാത്രകൾ സൂക്ഷ്മ കുമിളകൾക്ക്** രൂപം കൊടുക്കുന്നു. ഇവ വെള്ളത്തിന് സ്വതവേ മുകളിലേയ്ക്കുള്ള തള്ളൽ (buoyancy അഥവാ പ്ലവത്വം എന്ന് വിളിക്കും) കാരണം മുകളിലേയ്ക്ക് ഉയരും. ഇക്കൂട്ടത്തിൽ ചെറിയ കുമിളകൾ കൂടിച്ചേർന്ന് വലിയ കുമിളകളായി മാറുകയും ചെയ്യും.

ഇങ്ങനെ ബാഷ്പീകരണനിരക്ക് പെട്ടെന്ന് ഉയരുന്നു. പക്ഷേ അന്തരീക്ഷവായുവിന് ഒരു സമയം ഉൾക്കൊള്ളാൻ പറ്റുന്ന ജലബാഷ്പത്തിന് ഒരു പരിധിയുണ്ട്. പൂരിതാവസ്ഥ (saturation) എന്ന് വിളിക്കും അതിനെ. അത് കഴിഞ്ഞാൽ പിന്നെ കുറേ ജലബാഷ്പം സാന്ദ്രീകരിച്ച് (condensation) ജലത്തുള്ളികളായി മാറാൻ തുടങ്ങും. ജലബാഷ്പത്തിന്റെ ശക്തമായ തള്ളൽ കാരണം, ഈ കുഞ്ഞ് ജലകണികകളും മുകളിലേയ്ക്ക് തന്നെ പോകും. അതാണ് നമ്മൾ നനുത്ത പുക പോലെ കാണുന്ന ആ സാധനം. ഇതാണ് നീരാവി എന്ന steam. അതിൽ ദ്രാവകാവസ്ഥയിലുള്ള ജലവും അടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. അതുകൊണ്ട് മാത്രമാണ് അതിനെ കാണാൻ കഴിയുന്നത്. അഥവാ, ജലബാഷ്പം (water vapour), അന്തരീക്ഷവായു പോലെ തന്നെ ഒരു ആദൃശ്യമായ വാതകമാകുന്നു!** വെള്ളം ചൂടാക്കുമ്പോൾ ആദ്യം ഉണ്ടാകുന്ന ചില കുമിളകൾ വെള്ളത്തിൽ ലയിച്ചുചേർന്ന മറ്റ് വാതകങ്ങളായിരിക്കും.