Aurumine ja kondenseerumine

Aurumiseks nimetatakse aine üleminekut vedelast olekust gaasilisse. Vedeliku molekulid on alalises liikumises. Korrapäratult liikudes põrkavad molekulid üksteisega kokku ja selle tagajärjel omandab osa neist keskmisest suurema kiiruse ja kineetilise energia. Kui niisugused molekulid asuvad vedeliku pinna läheduses, võivad need vedelikust välja lennata. Vedelikust väljunud molekulid moodustavadki vedeliku auru, vee korral näiteks veeauru.

Vedeliku aur on vastava aine gaasiline olek, sest selle tihedus on väike. Seetõttu on molekulidevahelised kaugused suured ja molekulidevahelised jõud ehk molekulaarjõud praktiliselt puuduvad. Vedeliku kohal liiguvad molekulid kaootiliselt ja osa nendest pöördub ka vedelikku tagasi.

Kui meil oleks tegemist kinnise anumaga, millesse on kallatud vedelik, siis üsna pea tekib vedeliku pinna kohale vedeliku aur. Vedeliku molekulidele mõjuvad teiste molekulide poolt molekulaarjõud ja seetõttu tõmbavad nad vedelikust välja lendavat molekuli vedelikku tagasi. Vedelikust saavad välja lennata ainult need molekulid, millel on suur kiirus ja seetõttu ka piisavalt suur kineetiline energia. Mida kõrgem on vedeliku temperatuur, seda rohkem on vedelikus suurema kineetilise energiaga molekule, mis on suutelised vedelikust lahkuma. Kui meil on kinnine anum, siis tekib vedelikust lahkuvate ja vedelikku tagasi lendavate molekulide vahel igal temperatuuril tasakaal, vedelikust lahkunud ja sama aja jooksul tagasi tulnud molekulide arv on võrdne. Kui aga anum on pealt avatud, siis liigub osa lahkuvatest molekulidest vedeliku pinnast eemale ega pöördu enam vedelikku tagasi. Sel juhul vedelik jahtub, sest tema siseenergia väheneb (vedelikku jäävad väiksema kineetilise energiaga molekulid).

Teame, et kui pärast suplust ihu mitte kuivatada, hakkab meil külm. Võib teha katse: mähkinud termomeetri mahuti märja riide sisse, võime veenduda, et riide temperatuur püsib õhu temperatuurist madalam seni, kuni riie on märg. Aurumisel vedelik jahtub. Vedelikus on erineva kiirusega liikuvaid osakesi. Kuna aurumisel lahkuvad vedelikust just kiiresti liikuvad aineosakesed, jäävad vedelikku alles aeglasemad osakesed ning osakeste keskmine kiirus väheneb. Aineosakeste kiiruse vähenemine tähendab aga aine jahtumist. 

Soojades maades hoitakse vett glasuurimata savianumates. Sellised nõud on poorsed ja läbi nende imbub vesi ka nõu välispinnale. Märjalt pinnalt auruv vesi hoiab anumas oleva vee külmana, sest aurumine neelab soojust.

Aurumisega on meil tegemist näiteks väljas pesu kuivatamisel. Pesu kuivatamisel pesus sisalduv vesi aurub, kusjuures aurumise kiirus sõltub õhu liikumisest. Tuulise ilmaga kuivab pesu kiiremini kui vaikse ilmaga. Liikuv õhk eemaldab veepinna kohalt vee molekule ja nii väheneb vette tagasipöörduvate molekulide arv. Aurumise kiirus sõltub ka vedeliku temperatuurist. Mida kõrgem on vedeliku temperatuur, seda kiirem on aurumine. Seda seaduspärasust kinnitab ka tõsiasi, et pesu kuivab sooja ilmaga kiiremini kui jaheda ilmaga.

Erinevad ained auruvad erineva kiirusega. Eeter, atsetoon, bensiin ja paljud teised ained auruvad samal temperatuuril kiiremini kui vesi. Elavhõbe aga aurub palju aeglasemalt kui vesi. Kuna elavhõbe on mürgine, siis auruna võib see ka meie organismi sattuda. Seetõttu tuleb elavhõbedat sisaldava termomeetri purunemisel maha voolanud elavhõbe hoolikalt koristada. Aurumise kiirus sõltub ainest.

Kondenseerumiseks nimetatakse aine üleminekut gaasilisest olekust vedelasse. Kondenseerumine on seega aurumise pöördprotsess.

Nii vee aurumise kui ka kondenseerumisega puutume me igapäevaelus pidevalt kokku. Vee aurumisel õhus on aga oluline iseärasus, sest õhk mängib aurumise ja kondenseerumise juures samuti olulist rolli. Nii näiteks tekib vee keetmisel teekannus veeaur, s.t vesi aurustub, kuid teekannust ei välju mitte veeaur, nagu me kõnekeeles ütleme, vaid väga väikeste veepiiskade kogum. Kannust väljuv veeaur, mis on nähtamatu, puutub kokku jahedama õhuga ja jahtub. Jahtumisel koguneb osa veeaurust piiskadesse ehk kondenseerub.

Kondenseerumise näiteks on udu tekkimine. Suveõhtul, kui õhutemperatuur langeb, tekib esmalt rohule kaste, siis õhku udu. Udu tekib veeauru kondenseerumisel väikestesse piiskadesse.

Õhus leidub alati veeauru. Täiesti kuiva õhku looduses pole. Veeauru sisaldavat õhku nimetatakse niiskeks õhuks. Mida rohkem on õhus veeauru, seda niiskem on õhk. Toaõhu igas kuupmeetris on ligikaudu 10 g veeauru. Loomad ja taimed on kohanenud õhus oleva veeauruga. Me tunneme end mugavalt parajalt niiskes õhus, näiteks toas, kus temperatuur on 22 °C ja igas kuupmeetris õhus umbes 11 g veeauru. Ebamugavust tunneme liiga kuivas õhus, aga ka liiga niiskes õhus. Kui õhutemperatuur on 22 kraadi ja õhu igas kuupmeetris on umbes 3 g veeauru, siis on õhk väga kuiv. Kui aga sama õhk sisaldab umbes 19 g veeauru kuupmeetri kohta, siis on see õhk väga niiske. Vee aurumise kiirus sõltub õhuniiskusest. Vette tagasipöörduvate aineosakeste arv sõltub sellest, kui palju neid õhus juba on. Oma kogemustest teame, et kuiva ilmaga kuivab pesu kiiremini kui niiske ilmaga. Udu korral ei kuiva aga riie üldse.

Nagu me eelnevalt tõdesime, vedelik aurumisel jahtub. Et vedeliku temperatuur aurumise ajal säiliks, peab vedelikule pidevalt energiat juurde andma. Soojushulka, mille peab andma kindlal temperatuuril oleva vedela aine massiühikule, et muuta see sama temperatuuriga auruks, nimetatakse aurustumis­soojuseks.

Aurustumissoojus on füüsikaline suurus, mis arvutatakse järgmiselt:

kus aurustumissoojust tähistatakse tähega L, soojushulka tähega Q ja aine massi tähega m.

Aurustumissoojuse ühik on $\[ \text{1 }\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}. \]$

Aurustumissoojus sõltub temperatuurist.

Seetõttu antakse aurustumissoojus kindlal temperatuuril, milleks on enamasti vedeliku keemistemperatuur. Vedeliku aurustumissoojust keemistemperatuuril nimetatakse keemissoojuseks.

Mõningate vedelike keemissoojusi näitab diagramm järgneval joonisel.

Võrreldes teiste vedelike keemissoojusega, on vee keemissoojus suhteliselt suur. Täielikuma ülevaate vedelike keemissoojustest annab tabel õpiku lõpus.

Teades aine keemissoojust L, saab antud ainekoguse keemistemperatuuril aurustamiseks kuluva soojushulga arvutada valemiga:

Sama soojushulk vabaneb aine kondenseerumisel tema keemistemperatuuril.

Maapealsetes tingimustes esinevad ained nii tahkes, vedelas kui ka gaasilises olekus. Gaasilises olekus olevaid aineid, nagu hapnik, lämmastik, süsihappegaas jt nimetame me gaasideks. Nende üleminekut vedelasse olekusse aga veeldamiseks ja siis räägime veeldatud gaasist ehk vedelgaasist. Igapäevaelus kasutatav maagaas on näiteks tarbijale kättesaadav nii gaasina kui ka vedelgaasina. Nende ainete korral, mis maapealsetes tingimustes on vedelas olekus, räägime me üleminekust gaasilisse olekusse kui aurumisest. Tuntuim on muidugi vesi, mis eksisteerib sõltuvana välistingimustest (rõhk, ruumala ja temperatuur) vedelikuna ehk tavalise veena, jääna tema tahkes olekus ja samuti gaasilises olekus ehk veeauruna.

Ka tahked ained auruvad, s.t võivad üle minna tahkest olekust gaasilisse olekusse. Tahke aine üleminekut tahkest olekust gaasilisse olekusse nimetatakse sublimatsiooniks. Jää sublimatsioon toimub näiteks talvel õues pesu kuivatamisel. Talvel külmaga välja riputatud pesu kõigepealt jäätub, sest märjas pesus olev vesi muutub 0 °C-st madalamatel temperatuuridel jääks. Mõne aja möödudes aga pesu kuivab jää sublimeerumise tõttu. Sublimatsioon saab toimuda temperatuuridel, kus aine saab sõltuvalt temperatuurist olla kas ainult tahkes või gaasilises olekus, mitte aga vedelas olekus. Nii nagu aurumisel saavad suurema energiaga molekulid lahkuda vedelikust, saavad suurema energiaga molekulid lahkuda ka tahkest ainest, minnes üle gaasilisse olekusse.

Sublimatsioonile vastupidist protsessi, gaasi üleminekut tahkesse olekusse nimetatakse desublimatsiooniks, vahel ka härmatumiseks. Viimane küll täpne väljend ei ole, sest seda seotakse härmatise tekkimisega uduse külma ilmaga. Härmatis aga tekib kahel viisil: ühelt poolt veepiiskade (udupiiskade) jäätumise tulemusena ja teiselt poolt veeauru desublimatsioonil.