Mitä tapahtuu kiehumislämpötilasta, kun paine laskee?

Ympäristön ilmanpaineen laskiessa myös nesteen kiehumiseksi tarvittava lämpötila laskee. Esimerkiksi joidenkin ruokien valmistaminen kestää kauemmin, koska vesi kiehuu alhaisemmissa lämpötiloissa; vesi pitää vähemmän lämpöä, joten oikea ruoanlaitto vaatii enemmän aikaa. Paineen ja lämpötilan välinen yhteys selitetään ominaisuudella, jota kutsutaan höyrynpaineeksi, jolla mitataan kuinka molekyylit haihtuvat helposti nesteestä.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Ympäristön lämpötilan noustessa myös kiehumislämpötilat nousevat. Tämä johtuu siitä, että ympäristön lämpötilan nousu vaikeuttaa höyryn poistumista nesteestä, ja kiehumiseen tarvitaan enemmän energiaa.

Aineen höyrynpaine on höyrynpaine, joka kohdistuu aineen säiliöön tietyssä lämpötilassa; tämä pätee sekä nesteisiin että kiinteisiin aineisiin. Esimerkiksi täytät säiliön puoliksi vedellä, pumpat ilmaa ja sinetöit säiliön. Vesi haihtuu tyhjiöön, jolloin muodostuu höyry, joka tuottaa paineen. Huoneen lämpötilassa höyrynpaine on 0,03 ilmakehää tai 0,441 paunaa neliötuumaa kohti. Kun lämpötila nousee, myös paine nousee.

Kaikissa lämpötiloissa, jotka ovat yli nollan kelvinejä, aineen molekyylit värähtelevät satunnaisiin suuntiin. Molekyylit värisevät nopeammin lämpötilan noustessa. Kaikki molekyylit eivät kuitenkaan värise samalla nopeudella; jotkut liikkuvat hitaasti, kun taas toiset ovat erittäin nopeita. Jos nopeimmat molekyylit löytävät tiensä kohteen pinnalle, heillä saattaa olla tarpeeksi energiaa paeta ympäröivään tilaan; ne molekyylit haihtuvat aineesta. Lämpötilan noustessa useammalla molekyylillä on energiaa haihtua aineesta ajaen höyrynpaine ylös.

Jos ainetta ympäröi tyhjiö, pinnalta lähtevät molekyylit eivät kohtaa mitään vastusta ja tuottavat höyryä. Kun ainetta ympäröi ilma, sen höyrynpaineen on kuitenkin ylitettävä ilmakehän paine, jotta molekyylit haihtuvat. Jos höyrynpaine on alhaisempi kuin ilmakehän paine, lähtevät molekyylit pakotetaan takaisin aineeseen törmäyksillä ilmamolekyylien kanssa.

Neste kiehuu, kun sen energisimmät molekyylit muodostavat höyrykuplia. Riittävän korkeassa ilmanpaineessa neste kuitenkin kuumenee, mutta ei kiehu tai haihdu. Ympäristön ilmanpaineen laskiessa kiehuvasta nesteestä haihtuvat molekyylit kohtaavat vähemmän ilmamolekyylien vastustuskykyä ja pääsevät ilmaan helpommin. Koska höyrynpainetta voidaan alentaa, myös nesteen kiehumiseksi tarvittava lämpötila laskee.