Alai

Vesi sisältää ilmakehän kaasuja, kuten typpeä ja happea, jotka ovat liuenneet siihen. Kun vedellä täytetty lasi seisoo ulkona muutaman tunnin ajan, sen lämpötila nousee hieman (vesi lämpenee), jolloin veteen liuenneet kaasut irtoavat vedestä ja muodostavat kuplia lasin sisäpuolelle.

Täytä lasi vedellä (huoneenlämpöisellä tai sitä alhaisemmalla lämpötilalla olevalla vedellä) ja jätä se seisomaan rauhaan muutamaksi tunniksi (voit tehdä tämän käyttämällä vesijohtovettä). Huomaat lopulta, että lasin reunoille (sisäpuolelle) alkaa ilmestyä hyvin pieniä kuplia. Miksi näin tapahtuu?

Kaasujen liukoisuus veteen

Vesi, joka tulee vesihanoista ja hanoista, kulkee putkia pitkin ennen kuin se päätyy suuriin säiliöihin. Siksi veden paine on normaalia korkeampi (putkissa ollessaan) ja se on myös viileämpää. Nämä kaksi olosuhdetta ovat ihanteelliset sille, että se voi liuottaa tiettyjä kaasuja, joita esiintyy runsaasti ilmakehässämme, kuten typpeä ja happea.

Kylmemmissä lämpötiloissa kaasut liukenevat paremmin veteen

Kaasut yleensä liukenevat paremmin veteen, kun se on alhaisemmassa lämpötilassa. Toisin sanoen voidaan sanoa, että kaasujen liukoisuus veteen vähenee veden lämpötilan noustessa. Alla olevan kuvaajan pitäisi auttaa havainnollistamaan, miten kaasujen liukoisuus vaihtelee lämpötilan muuttuessa.

Hiilidioksidin liukoisuuden laskeva trendi kaasujen liukoisuuden noustessa lämpötilan kasvaessa on melko samankaltainen kuin se, miten höyrynpaine nousee lämpötilan kasvaessa. Veteen liukenee näet enemmän kaasumolekyylejä, kun se on kylmää. Kun vesi alkaa kuitenkin lämmetä (eli lämpötila nousee), myös kaasumolekyylien liike-energia kasvaa.

Tällöin nämä molekyylit voivat liikkua vapaammin ja rikkoa molekyylien väliset sidokset, jotka pitävät ne yhdessä, ja näin ollen karata liuoksesta. Siksi kaasujen liukoisuus vähenee lämpötilan noustessa.

Veden lämpötilan muutosten aiheuttama vaara vesieliöille

Kaasujen vesiliukoisuuden lämpötilariippuvuudella on suora vaikutus vesieläinten elämään. Vesieläimet, kuten kalat, tarvitsevat happea selviytyäkseen, ja ne saavat sitä vedestä, jossa ne elävät, imemällä (veteen) liuennutta happea kidustensa kautta. Koska happi liukenee paremmin kylmemmissä vesissä, on ratkaisevan tärkeää, että lämpötila ei nouse yli tietyn rajan.

Juuri näin kuitenkin tapahtuu nykyään, ja se johtuu suurelta osin ihmisen toiminnasta. Esimerkiksi voimalaitokset päästävät valtavia määriä kuumaa vettä suuriin vesistöihin, mikä sitten nostaa veden lämpötilaa ja vaikuttaa rajusti vesieliöstöön. Tämä on yksi erittäin epätoivottu seuraus tällaisesta kaasujen liukoisuuden lämpötilariippuvuudesta.

Kaasujen liukoisuus veteen kasvaa paineen kasvaessa

Vaikka nesteiden ja kiinteiden aineiden liukoisuus ei käytännössä muutu veden paineen muuttuessa, kaasujen kyllä. On havaittu, että kaasut liukenevat veteen paremmin korkeammassa paineessa. Hiilihapolliset juomat ovat erinomaisia esimerkkejä tästä ilmiöstä.

Henryn laki

Veden paineen muuttumisen vaikutukset kaasujen liukoisuuteen voidaan selittää yhdellä Henryn laiksi kutsutulla kaasulailla. Sen mukaan ”liuenneen kaasun määrä on verrannollinen sen osapaineeseen kaasufaasissa.”

Yksinkertaisin tapa selittää tämä riippuvuus on se, että paineen kasvaessa kaasumolekyylit pakotetaan liuokseen niin, että kohdistunut paine voi purkautua. Seuraavan kuvan pitäisi auttaa havainnollistamaan tätä paremmin:

Miksi kuplia muodostuu vettä täynnä olevaan lasiin yön yli

Kahden edellä käsittelemämme fysikaalisen ilmiön vuoksi vesijohtovedestä tulee hyvä ehdokas (joskaan ei ihanteellinen) pitämään sisällään kaasuja, jotka ovat liuenneina ilmakehässä. Kun tuo vesi kuitenkin kaadetaan lasiin ja jätetään muutamaksi tunniksi huoneenlämpöön, sen paine alkaa laskea ja lämpötila nousta.

Tällöin veteen liuenneet kaasut irtoavat liuoksesta ja muodostavat kuplia lasin sisäpuolen karheisiin kohtiin. Koska lämpötilan muutos ei ole kovin nopea (eli vesi ei muutu jäähdytetystä polttavan kuumaksi muutamassa minuutissa), kestää muutama tunti ennen kuin kuplat alkavat ilmestyä lasiin.