வாகை மாற்றங்கள் (phase changes) - 2

சென்ற பதிவில் வெம்மை, சூடு, வெப்பம் என்ற சொற்களைப் பயன்படுத்தி இருந்தாலும், இந்தச் சொற்களின் வரையறையைப் புரிந்து கொண்டு மேலும் செல்வது, பூதியலுக்குள் ஆழமாய்ப் போக உதவி செய்யும். இந்த வரையறைகள் பற்றி "நீங்கில் தெறும்" என்ற முந்நாளையப் பதிவில் நான் குறித்திருந்தேன். அதிலிருந்து சில செய்திகளை எடுத்து இங்கே தொடர்ச்சி கருதி மீண்டும் கொடுக்கிறேன்.

heat என்பதை இந்தக் காலப் பூதியல் (physics) ஒரு பெருணைப் (=புராணா, primitive) பொருளாகவே எடுத்துக் கொள்ளுகிறது. சூடு என்ற சொல்லும் கூட அதே பெருணைப் பொருளைத் தான் தமிழில் காட்டுகிறது. சூடேற்றல் = to heat. சூடாக இருந்தது என்னும் போது சூடு என்ற சொல் hotness என்ற இன்னொரு பெருணையையும் குறிப்பதை உணரலாம். hotness என்பதும் temperature என்பதும் ஒன்றிற்கொன்று சற்று வேறானவை. நம்மில் பலரும் hotness என்பதைத் தெரிந்து கொள்ளாமலேயே, temperature என்பதற்குத் தாவி விடுகிறோம். எண்ணால் சொல்லாமல் temperature என்பதைக் குறிக்கமுடியாது; ஆனால் சூடுகளைக் குறிக்க வெறும் சொற்கள் போதும். சூடு என்பது உணரப் படுவது. அது வெவ்வேறு தகை (=தகுதி=quality)களைக் குறிப்பிடுகிறது. temperature என்பது எண்ணுதி (=quantity) யாகக் குறிப்பது.

மாந்த வாழ்வில் நாம் வெவ்வேறு சூடுகளைப் பட்டு அறிகிறோம். உறைந்து (உறைதல் = to freeze) கிடக்கும் பனிப்புள்ளிக்கும் கீழே சில்லிட்டுக் (chill) கிடப்பது ஒருவகைச் சூடு; அதற்குமேல் குளிர்ந்து (cold) கிடப்பது இன்னொரு சூடு; இன்னும் கொஞ்சம் மேலே வந்தால் வெதுப்பான (warm) சூடு; இன்னும் மேலே போனால் இளஞ்சூடு (mild hot); அதற்கும் மேலே கடுஞ்சூடு (very hot); இன்னும் பேரதிகமாய் கொதிக்கும் (boiling) சூடு. இப்படி ஒவ்வொரு சூட்டையும் வெவ்வேறு சொற்களால் சொல்லி, நம்மோடு இருப்பவருக்கு நாம் உணர்த்தப் பார்க்கிறோம், இல்லையா? ஆனால் இந்தச் சொற்கள் ஒன்றிற்கொன்று உறவானவை (relative) என்று உணர வேண்டும்.

பொதுவாக, ஒவ்வொரு மாந்தனும் இந்தச் சூட்டுக்களை தன் மேனியில் வெவ்வேறு அளவில் தான் உணர முடியும். ஒருவர் உணர்ந்தது போல் இன்னொருவர் அப்படியே உணர முடியாது. எனக்கு குளிராக இருப்பது உங்களுக்கு வெதுப்பாக இருக்கலாம். உங்களுக்கு வெதுப்பாய் இருப்பது இன்னொருவருக்கு இளஞ்சூடாக இருக்கலாம். எனவே "இதுதான் இந்தச் சூடு" என்று உறுதிப்பாட்டோடு யாராலும் சொல்ல முடிவதில்லை. இன்னொருவருக்குத் தெளிவாகப் புரியவைக்கவும் முடிவதில்லை. மொத்தத்தில் வெறுஞ் சொற்களால் சூட்டின் அளவை உணர்த்துவது என்பது மாந்தருக்கு இயலாததாகவே அமைகிறது. மாறாக, எல்லோரும் ஒப்புக் கொள்ளக் கூடிய ஒரே ஒரு சூட்டை அடிப்படையாக வைத்து, அதை ஓர் எண்ணோடு பொருத்திவைத்து, பின்னால் மற்ற ஒவ்வொரு சூடுகளையும் ஒவ்வோர் உரியல் எண்ணோடு (real number) உறழ்த்திக் காட்டினால் இந்தச் சூடுகளை எண்களாலேயே உணர வைக்க முடியும் என்று நம்முடைய பட்டறிவால் அறிந்து கொள்ளுகிறோம். அப்படி அமைகின்ற எண்களைத்தான் நாம் வெம்மை (temperature) என்று சொல்லுகிறோம்.

சூடுகள் என்ற கொத்தில் (set) இருக்கும் ஒவ்வொரு சூட்டிற்கும் ஒரு உரியல் எண்ணை பொருத்திக் காட்டும் ஒரு முகப்புத் (map) தான் வெம்மை (temperature) எனப்படுகிறது. அடிப்படை வெம்மை என்பது பனிப்புள்ளியாகவோ (ice point) கொதிப் புள்ளியாகவோ (boiling point) நடைமுறையில் இருக்கலாம். இந்த வெம்மை முகப்பு (temperature map) என்பது ஒரே ஒரு முகப்பு என்று இருப்பதில்லை. நூற்றுக் கணக்கான முகப்புக்களை நாம் பட்டறிவால் உருவாக்க முடியும். ஒவ்வொரு முகப்பும் ஒரு அளவுகோலை உருவாக்குகிறது. செல்சியசு அளவு கோல் என்பது ஒரு வித முகப்பு. இதில் பனிப்புள்ளி என்பது சுழி (zero) என்ற எண்ணால் குறிக்கப் படும். வாரன்ஃகீட் அளவுகோல் என்பது இன்னொரு முகப்பு. இதில் பனிப்புள்ளி 32 எனக் குறிக்கப் படும். கெல்வின் முகப்பு என்பது இன்னும் ஓர் அளவுகோல். இதில் பனிப்புள்ளி 273.16 என்று குறிக்கப்படும்.

வெம்மை பற்றிய இந்த விளக்கத்திற்குப் பின், முன்பகுதியில் கொதிநிலைச் சுருவை (boiling point curve) பற்றிச் சொன்னதின் தொடர்ச்சியைப் பார்ப்போம். அதில் ஒவ்வோர் அழுத்தத்திற்கும் ஒரு கொதிநிலை உண்டென்று சொன்னேன். அதே கருத்தை வேறொரு மாதிரியாகச் சொல்ல வேண்டுமென்றால், ஒவ்வொரு வெம்மைக்கும் ஓர் ஆவி அழுத்தம் (vapour pressure) உண்டென்று சொல்லலாம். அந்த வகையில் கொதிநிலைச் சுருவையை, ஆவியழுத்தச் சுருவை (vapour pressure curve) என்றும் வேறு பெயரில் சொல்லுவார்கள்.

ஆவியழுத்தம் என்பது ஒவ்வொரு வெம்மைநிலைக்கும், இணையான ஓர் அழுத்தம் ஆகும். இந்த ஆவியழுத்தத்தைச் சோதனைகள் மூலமாகவும், பின்னால் பல்வேறு தேற்றுக்களை (theories) வைத்துச் செய்யும் கணிப்பின் (computation) மூலமாகவும், நாம் துல்லியமாக மதிப்பிட்டுக் காட்டமுடியும். எந்தவொரு பொருளுக்கும் ஆவியழுத்தம் காணுவதும், அவற்றைப் பட்டியல் (table) போட்டு வைத்திருப்பதும், அவற்றை தேற்ற முடிவுகளின் (theoretical conclusions) படி கணிப்பதும், படிவுற்ற வேதியலில் (applied chemistry) நெடுநாள் நடக்கும் பணி.

பொதுவாக ஒரு நீர்ப் படிவின் மேல் உள்ள அழுத்தம், ஆவியழுத்தத்திற்கு மேலும் இருக்கலாம், கீழும் இருக்கலாம். இந்த உறவைப் புரிந்து கொள்ள, முன்பு சொன்ன 92.1 பாகை செல்சியசில் இருக்கும் நீரை எண்ணிப் பார்க்கலாம். இந்த நீரின் மேல் இருக்கும் மொத்த அழுத்தம் (total pressure) 0.76 மடங்கு ஊதும அழுத்தத்திற்கு மேல் இருக்குமானால் நீர் ஆவியாகாது [ஊதும அழுத்தம் என்பதை அழுத்த அடிப்படை அலகாகக் கொள்ளும் போது பார் என்று அறிவியலில் சொல்லுவார்கள். அதாவது இங்கே மொத்த அழுத்தம் 0.76 பார்]. மாறாக, மொத்த அழுத்தம் 0.76 பாருக்கும் கீழே வருமானால், நீர் உடனே ஆவியாக மாறும். இத்தகைய நீரின் ஆவியாக்கும் தன்மையைக் கட்டுப் படுத்த வேண்டுமானால். நீரின் மேல் இருக்கும் மொத்த அழுத்தம், அதன் வெம்மை வைத்துக் கணித்த ஆவியழுத்தத்தைக் காட்டிலும் கூட இருக்க வேண்டும்.

நீர் போன்று இருக்கும் ஒவ்வோர் இயற்பொருளையும் ஒரு பொதி (body) என்று அறிவியலில் சொல்லுவார்கள். ஒவ்வொரு பொதிக்கும் அதன் மேல் உள்ள அழுத்தம், அதன் வெம்மை என்ற இரண்டோடு இன்னும் ஒரு தகை (quality) பற்றி நாம் அடுத்துப் பேசவேண்டும். ஓர் ஆவி அல்லது நீர்மத்தைச் (liquid) சூடுபடுத்தும் போது அது விரிகிறது (expand); கூடவே அதன் வெம்மை(temperature)யும் கூடுகிறது. ஆவி/வளிமம் (vapour/gas, ஆவியைப் போலவே உள்ள இன்னொரு தோற்றத்தை வளிமம் - gas - என்று அறிவியலில் சொல்லுவார்கள். ஆவியும் வளிமமும் ஒன்று போலத் தெரிந்தாலும் இரண்டும் நுணுகிய முறையில் சற்று வேறானவை. சென்ற பகுதியில் நான் ஆவி பற்றியே பேசினேன்; வளிமம் என்பதை விரிவாக இனிமேல் பேசுவேன். இப்போதைக்குத் தற்காலிகமாக ஆவியையும் வளிமத்தையும் ஒன்று போலவே எண்ணுவதில் தவறில்லை.) அல்லது நீர்மத்தைப் பொதுவாகப் பாய்மம் அல்லது விளவம் (fluid) என்ற சொல்லாற் குறிப்பார்கள். விரிய விரிய ஒரு விளவம் வெளி(space)யை நிறைக்கிறது. வெளியை நிறைத்தலைத்தான் வெள்ளுகிறது என்று சொல்லுகிறோம்.

வெள்ளுகின்ற அகற்சிக்கு வெள்ளம் (volume) என்று பெயர். ஆற்று நீர் பெருகி அகன்று ஓடுவதை வெள்ளமாய் ஓடுவதாய்ச் சொல்லுகிறோம் அல்லவா? அதே போல நிறைந்து கிடக்கும் வீராணம் ஏரியை விரிந்த நீர் என்று சொல்லுகிறோம். விரிந்தது என்ற கருத்தும் வெள்ளம் என்ற கருத்தும் ஒரே பொருட்பாட்டைத் தான் குறிக்கின்றன. வெள்ளம் என்ற சொல் அகன்ற தன்மையைக் குறிக்கிறது. அது ஓடுகிறதா, நிலைத்து நிற்கிறதா என்பது அடுத்துப் பார்க்க வேண்டிய குறிப்பு; முதன்மைக் குறிப்பு அல்ல. வெள்ளப் பெருக்கு (volumetric increase) காலத் தொடர்ச்சியாக ஏற்பட்டால் அதைப் பாய்ச்சல் அல்லது விளவு (flow) என்று சொல்லுகிறோம். [பலரும் வெள்ளத்திற்கும் விளவிற்கும் உள்ள வேறுபாட்டை உணருவதில்லை. அறிவியலில் ஆழப் போகவேண்டுமானால் இரண்டிற்கும் சரியான வேறுபாட்டை உணரவேண்டும்.) வெள்ளத்திற்குப் பருமன் என்ற சொல்லையும் தமிழில் சிலர் பயனாக்குவர். அந்தச் சொல் முப்பரிமான அளவில் வெள்ளத்திற்குச் சமமாய் இருக்கும். மற்ற பரிமானங்களில் சற்று குழப்பம் ஏற்படும்.]

நீர்மம் குறித்து எழுந்த வெள்ளம் என்ற சொல்லைப் பொதுமைப் படுத்தி மற்ற இரு வாகை உருவிலும் நீர்ப்பொருளோடு பொருத்திப் பொதுமையாக "வெளியை (space) நிறைப்பது வெள்ளம்" என்று சொல்லுவது அறிவியலில் உள்ள பழக்கம். எந்த ஒரு பொதிக்கும் (body) வெம்மை, அழுத்தம் போக அதன் வெள்ளமும் முகன்மையான செய்தி.

வெம்மை, அழுத்தம், வெள்ளம் போக நான்காவது இயலுமையும் இயற்பொருள்களுக்கு உண்டு. அது எடை (weight) என்று சொல்லப் படும். ஒரு பொதியை எடுத்து அதன் வெம்மையை அளக்கிறோம். 42 பாகை என்று காட்டுகிறது. இப்பொழுது அதே பொதியை இரண்டாக வெட்டி, அல்லது பிரித்து வெம்மையை அளந்தால் இரண்டு பகுதியிலும் வெம்மை 42 பாகை என்றே காட்டும். அதே போல அழுத்தத்தை அளந்தாலும் இரண்டு பகுதிகளும், முன்னிருந்த அழுத்தத்தையே காட்டும். இது போல ஒரு பொதியை எத்தனை முறை சிறுசிறு பங்குகளாய் ஆக்கினாலும், வெம்மை, அழுத்தம் போன்றவை ஒரே அளவையே காட்டுகின்றன. ஆனால் வெள்ளம், எடை போன்றவை அப்படி இருப்பதில்லை. இரண்டாய்ப் பிளந்த பின்னால் வெள்ளமும், எடையும் ஓவ்வொரு பாதியிலும் பாதி பாதியே இருக்கிறது. நாலாய்ப் பிளந்தால் ஒவ்வொரு பகுதியில் நாலில் ஒருபங்கு வெள்ளத்தையும், நாலில் ஒருபங்கு எடையையும் காட்டுகின்றன.

சுருக்கமாகச் சொன்னால், வெம்மை, அழுத்தம் போன்றவை உள்ளார்ந்த குணங்களாகவும் (intensive properties), வெள்ளம், எடை போன்றவை வியல்ந்த குணங்களாகவும் (extensive properties) உணரப் படுகின்றன. இரண்டு வகைக் குணங்களையும் வெவ்வேறு முறையில் கையாள வேண்டும்.

அன்புடன்,
இராம.கி.