Termofysiikan perusteet, Ismo Napari ja Hanna Vehkamäki, 2013.

118 LUKU 6. FAASIEN JA FAASIMUUTOSTEN TERMODYNAMIIKKAA7060P g/P g,sat=5P g/P g,sat=3vesi, T=298 K50∆ G /(kT)4030201000.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1r[nm]Kuva 6.16: Muodostumisen vapaa energia vesipisaralle pisaran säteen funktionakahdessa eri vesihöyryn osapaineessa.Kuvasta todetaan, että muodostumisen vapaalla energialla ei olekaan minimiä,kuten vakaassa tasapainossa pitäisi vaan maksimi. Tämän maksiminpaikan antaa Kelvinin yhtälö (6.42) tai yleisemmin Laplacen yhtälö (6.35) Tasapainopisaraonkin epävakaassa tasapainossa: jos siitä lähtee molekyylejä pois,se haihtuu takaisin höyryksi, ja jos siihen lisätään molekyylejä, se kasvaa rajattakunnes höyry loppuu tai pisara tulee niin painavaksi että se lähtee putoamaanalas painovoiman vaikutuksesta. Pienillä pisaroilla kasvaminen edellyttääsiirtymistä ylöspäin vapaassa energiassa. Nämä pisarat ovatkin taipuvaisiahaihtumaan höyryksi. Yhtälön (6.48) ensimmäinen tilavuustermi (∝ r 3 )on ylikylläisessä höyryssä negatiivinen kuvaten sitä, että neste on näissä olosuhteissavakaa eli vapaalta energialtaan alempi faasi. Pinnan muodostaminenkahden faasin välille maksaa kuitenkin energiaa, ja tätä kuvaa yhtälönjälkimmäinen pintatermi (∝ r 2 ). Pisaran säteen on kasvettava riittävän suureksi,ennenkuin faasitransitiossa saavutettu hyöty kumoaa pinnanmuodostuksestaaiheutuvan sakon. Vesimolekyylien törmäilyt pisaraan ja toisaalta molekyylienirtoaminen pisarasta kilpailevat keskenään, ja koska kyse on satunnaisprosesseista,on mahdollista että pisara saavuttaa tasapainokoon eli niinsanotun kriittisen koon siitä huolimatta että se joutuu kiipeämään vapaan energianylämäkeen. Kriittisen koon saavuttanut pisara on nukleoitunut. Käyristänähdään, että tasapainopisaran säde on sitä suurempi, mitä alempi on vesihöyrynosapaine, ja myös nukleaatiovalli eli vapaan energian valli, jonkapäälle pisaran on kiivettävä, on korkeampi alemmassa veden osapaineessa. Joshöyryn osapaine on kylläinen höyrynpaine tai sitä alempi, kuvan 6.16 käyrillä