Suvning solishtirma issiqligi, suvning bugʻlanish issiqligi va suvning zichligi

Bugun juda issiq deb faraz qilaylik. Siz hozirgina biroz muddat tashqariga chiqib keldingiz. Oʻtirib, muz boʻlagi solingan bir stakan suvni qoʻlingizga olishingiz bilan biroz terlay boshladingiz. Qoʻllaringizdagi ter tomchilarini ham, suv ustida suzib yurgan muz boʻlaklarini ham shundoqqina sezasiz. Siz suvning xossalarini yaxshilab oʻrganganingiz sababli qoʻlingizdagi terni ham, stakaningizda suzib yurgan muz boʻlaklarini ham suvning vodorod bogʻlarini hosil qilishiga misol deb bilasiz.

Bu qanday sodir boʻladi? Suv molekulalari vodorod bogʻlarini – molekulaning qisman musbat va qisman manfiy uchlaridagi kuchsiz bogʻlanishlarni yaxshi hosil qiladi. Vodorod bogʻlar bugʻlanish orqali sovish samaradorligi (nima uchun terlash sizni salqinlatishi)ni ham, muzning past zichlikka ega ekani (nima sababdan muz suzib yurishi)ni ham izohlaydi.

Bu yerda biz haroratning oʻzgarishi, muzlash va suvning bugʻlanishida vodorod bogʻlarining ahamiyatini batafsil koʻrib chiqamiz.

Suv har uch holatda – qattiq, suyuq va gaz holatida noyob kimyoviy xossalarga ega. Bu molekulalarning bir-biri bilan vodorod bogʻlari hosil qila olish qobiliyati tufaylidir. Odamdan tortib bakteriyalargacha barcha tirik mavjudotlar yuqori suv tarkibiga ega boʻlgani sababli suvning bu uch holatidagi noyob kimyoviy xossalarini tushunish biologiya fani uchun juda muhimdir.

Suvning suyuq holatida suv molekulalari bir-biridan sirgʻanib oʻtib ketgani bois vodorod bogʻlari doimiy ravishda hosil boʻlib, uzilib turadi. Ushbu bogʻlarning uzilishi tizimdagi issiqlik tufayli suv molekulalarining harakatlanish energiyasi (kinetik energiya) natijasida yuzaga keladi.

Issiqlik koʻtarilganda (masalan, suv qaynagan holatda) suv molekulalarining kinetik energiyasi yuqori boʻlgani sababli vodorod bogʻlari butunlay uzilib, suv molekulalarining havoga gaz kabi chiqib ketishiga imkon beradi. Biz bu gazni suv bugʻi yoki bugʻ sifatida koʻramiz.

Boshqa jihatdan, harorat tushib ketsa va suv muzlasa, (vodorod bogʻini uzish uchun juda kam issiqlik energiyasi qolgani sababli) vodorod bogʻlari orqali kristall strukturaga ega suv molekulalari yuzaga keladi. Ushbu struktura suvning suyuq holatiga qaraganda muzni kamroq zichlashtiradi.

Suvning qattiq koʻrinishda pastroq zichlikka ega ekani bu muzlagan suvdagi vodorod bogʻlarining joylashishi sabablidir. Xususan, muzda suv molekulalari suyuq suvdagiga qaraganda bir-birini uzoqroqqa itaradi.

Bu esa suv muzlaganida kengayishini bildiradi. Agar siz biror marta suyuqlik koʻrinishidagi biror-bir taom yoki ichimlikni ogʻzi mahkamlanadigan shisha idishga solib, muzlatkichga qoʻygan boʻlsangiz, idish ichidagi suyuqlik muzlashi va kengayishi bilan unda yoriqlar hosil boʻlgani yoki singanini kuzatgandirsiz.

Boshqa koʻplab suyuqliklar singari harorat pasayganda va molekulalarning kinetik energiyasi (yoki harakati) kamayganda yuzaga keladigan qattiqlashish molekulalarga suyuq holatdagiga qaraganda qattiqroq joylashish imkonini beradi va bu suyuqlikka nisbatan suyuqlikning qattiq holatiga kuchliroq zichlikni beradi. Suv esa ushbu qoidadan mustasno (yaʼni bu gʻayrioddiy holat) boʻlib, qattiq holatda past zichlikka ega.

Kamroq zichlikka ega boʻlgani sababli muz suyuq suv yuzasida suzib yuradi, aysberg yoki yaxna choy ichidagi muz boʻlaklari bunga misol boʻlishi mumkin. Koʻl va hovuzlardagi suv ustida muz qatlami hosil boʻladi, bu suv havzasidagi hayvonlar va oʻsimliklarni muzlab qolishdan himoya qiluvchi, ularni ajratib turuvchi toʻsiqni yaratadi.

Nima sababdan tirik mavjudotlar uchun muzlab qolish xavfli? Biz buni muzlatkichga qoʻyilgan shisha idishdagi gazli ichimlikning kengayishi va idishning yorilib ketishi misolida anglashimiz mumkin. Hujayra muzlaganda uning suvli tarkibi kengayadi va hujayra membranasi (xuddi shisha idish chil-chil boʻlganidek) boʻlaklarga boʻlinadi.

Suyuq holatda suvning haroratini oshirish uchun koʻp issiqlik talab etiladi, chunki molekulalar orasidagi vodorod bogʻlarini uzish uchun maʼlum darajadagi issiqlikdan foydalaniladi. Boshqacha qilib aytganda, suv yuqori solishtirma issiqlik sigʻimiga ega, bu bir gramm moddaning haroratini bir daraja Selsiyga koʻtarish uchun zarur boʻlgan issiqlik miqdori sifatida tushuntiriladi. 1 gr suvning haroratini 1 °C ga koʻtarish uchun zarur boʻlgan issiqlik miqdori esa kaloriya deyiladi.

Issiqlik sigʻimi yuqori boʻlgani sababli suv haroratning oʻzgarishini minimallashtirishi mumkin. Masalan, suvning solishtirma issiqlik sigʻimi qumning issiqlik sigʻimiga qaraganda besh baravar koʻproq. Quyosh botganidan soʻng quruqlik dengizga qaraganda tezroq soviydi va tun davomida sekin soviyotgan suv oʻz atrofidagi quruqlikka issiqlik chiqarishi mumkin. Issiq qonli hayvonlar tanalaridagi issiqlikni tarqatish uchun ham suvdan foydalanadi: bu avtomobilning sovitish tizimiga oʻxshaydi, tanadagi issiq aʼzolardan sovuq aʼzolarga issiqlikni uzatib, muvozanatlashgan haroratni ushlab turishga yordam beradi.

Suyuq holatda suvning haroratini koʻtarish uchun koʻp issiqlik sarflanganidek, maʼlum miqdordagi suvni bugʻlantirish uchun ham gʻayrioddiy miqdordagi issiqlik talab etiladi, chunki molekulalar gaz boʻlib chiqib ketishi uchun vodorod bogʻlari uzilishi kerak. Yaʼni suv yuqori bugʻlanish issiqligiga ega, oʻzgarmas haroratda bir gramm suyuq moddani gazga aylantirish uchun zarur boʻlgan energiya miqdoridir.

Suvning bugʻlanish harorati 100 °C (suvning qaynash nuqtasi)da 540 kal/gr atrofida. Yodda tuting, suvning baʼzi bir molekulalari – yuqori kinetik energiyaga ega boʻlganlarigina – hattoki past haroratlarda ham suv yuzasidan chiqib ketadi.

Suv molekulalari bugʻlanib ketganda, ular bugʻlanib ketgan yuza soviydi, ushbu jarayon bugʻlanib sovish deb ataladi. Bunga sabab, eng yuqori kinetik energiyaga ega boʻlgan molekulalar bugʻlanish uchun sarflanadi (bu haqida koʻproq maʼlumot bilish uchun bugʻlanib sovish videodarsini koʻring). Odamlar va boshqa organizmlardagi 99% i suv boʻlgan terning bugʻlanishi organizmning haroratini barqaror ushlab turish uchun tanani sovitib turadi.