Denge buhar basıncı ve kaynama olayı

Bir kapta bulunan sıvı tanecikleri sürekli hareket hâlindedir. Sıvı tanecikleri, aralarında bulunan moleküller arası çekim kuvvetleri sebebi ile etkileşim içindedir. Sıvıdaki moleküllerin ortalama kinetik enerjileri aynı da olsa her bir molekülün kinetik enerjisi farklıdır. Kinetik enerjisi yüksek olan sıvı moleküllerinin, diğer moleküllerle aralarında bulunan çekim kuvvetlerini yenerek buhar hâline geçmesine buharlaşma denir.

Sıvı, bir kaba koyulduktan sonra kabın ağzı kapatılırsa buharlaşma devam eder. Ancak oluşan buharlar yüzeyden uzaklaşmadığı için yoğuşma olayı da başlar. Yoğuşma buhar taneciklerinin sıvı hâle geçmesi olayıdır. Başlangıçta buharlaşma hızı yoğuşma hızından fazla olduğu için kap içindeki buhar molekülü sayısı artar. Ancak buharlaşma hızı azalırken yoğuşma hızı artar. Öyle bir an gelir ki sıvının yüzeyinden birim zamanda buharlaşan molekül sayısı, yoğuşan molekül sayısına eşit olur. Bu andan sonra sıcaklık sabit olduğu sürece buharlaşma ve yoğuşma hâl değişimleri eşit hızda devam eder. Bu durumda sıvı-buhar dengesi oluşmuştur. Sıvı-buhar dengesinin oluştuğu andaki buharın basıncına denge buhar basıncı denir.

Açık bir kapta bulunan bir sıvı ısıtıldığında moleküllerinin kinetik enerjisi arttığından buhar basıncı da artar. Sıvının bulunduğu ortamda atmosfer tabakasının yaptığı basınca atmosfer basıncı (açık hava basıncı, dış basınç) denir. Dış basınç P_dış, sıvının buhar basıncı ise P_buhar şeklinde gösterilir.

Sıcaklığın arttırılması ile sıvının denge buhar basıncı artarak dış basınca eşitlenir. Sıvının P_buhar değerinin, bulunduğu ortamdaki P_dış değerine eşit olduğu durum kaynama olayıdır. Sıvının kaynaması sırasındaki sıcaklığına kaynama noktası veya kaynama sıcaklığı denir. Normal atmosfer basıncı 1 atm (76 cmHg = 760 mmHg) olduğu için normal atmosfer basıncında kaynamakta olan bir sıvının kaynama noktasına da normal kaynama noktası denir. Sıvılarda kaynama şartı aşağıdaki eşitliğe bağlıdır:

P_buhar = P_dış

Düdüklü tencere içindeki basınç, atmosfer basıncı ve buhar basıncının toplamı olduğundan içindeki suyun kaynama sıcaklığı 100 °C’un çok üstündedir.