Mikä on alhaisin lämpötila, missä mikään aine voi olla nestemäinen ja mikä tämä aine on? Entä mikä on korkein kiehumispiste ja mikä tämä aine on?

Tätä kysyy 7-luokkalaisen oppilaansa puolesta opettaja Maijastiina Virta.

Professori Jouni Pursiainen, fysikaalinen kemia, Oulun yliopisto:

Helium on aine, joka esiintyy nestemäisenä lähes absoluuttisessa nollapisteessä, jota kylmempää ei voi enää olla. Normaalisti helium on kaasumainen, mutta nestemäiseksi se muuttuu –268,9 celsiusasteessa, joka on siis heliumin kiehumispiste. Vaihteluväli on hyvin kapea, sillä jäätymispiste on puolestaan vain noin neljän asteen päässä – 272,2 celsiuksessa. Absoluuttiseen nollapisteeseen (–273,15 celsiusta eli 0 kelvinastetta) on matkaa vain yksi aste.

Helium on nesteenä muutoinkin poikkeuksellinen. Sillä ei ole lainkaan nesteille tyypillistä viskositeettia eli kitkaa, joka aiheuttaa niiden jähmeyden. Nesteheliumia käytetään kylmänesteenä. Nesteheliumin lämpötilassa jotkin aineet, niin kutsutut suprajohteet, kykenevät johtamaan sähköä ilman vastusta, jolloin voidaan valmistaa muun muassa erittäin voimakkaita magneetteja.

Lämpötiloilla ei periaatteessa ole ylärajaa. Auringon ytimestä löytyvät oman aurinkokuntamme korkeimmat lämpötilat, arviolta 13 000 000-15 000 000 celsiusastetta. Monet maapallolta tavattavat aineet esiintyvät kiinteinä tai nesteinä, mutta ne eivät höyrysty tai kiehu, vaan tuhoutuvat korkeissa lämpötiloissa. Metallien joukosta kuumaa kestäviä aineita kuitenkin löytyy. Metallit eivät tuhoudu, koska ne ovat alkuaineita. Kaikkien alkuaineiden joukossa korkein kiehumispiste on wolframilla 5660 celsius-astetta. Yhdisteistä wolframikarbidille (WC) ilmoitetaan vielä korkeampi luku, noin 6000 astetta, joka lienee yksi korkeimman kiehumispisteen omaavista yhdisteistä.

Kannattaa vielä huomioida, että jäätymis- ja kiehumispisteet muuttuvat sen mukaan, mikä on ulkoinen paine. Edellä mainitut jäätymis- ja kiehumispisteet ovat voimassa Maan pinnalla normaalisti vallitsevassa ilmanpaineessa. Jos paine on tätä kovempi, kiehumispiste siirtyy ja vaatii korkeampia lämpötiloja. Esimerkiksi maapallolta merien syvyyksistä tulivuorien onkaloista löytyy 400 celsiusasteista vettä, joka ei höyrysty eikä kiehu kovan paineen vuoksi. Viiden kilometrin korkeudessa ilmanpaine on puolestaan niin paljon alhaisempi, että vesi alkaa kiehua jo 80 celsiuksessa. Tällä on mielenkiintoisia seurauksia. Esimerkiksi kananmunan keittäminen ei yläilmoissa onnistuisi totutulla tavalla, koska proteiinit eivät hyydy samalla tavalla kuin 100 celsiusasteen lämpötilassa.