1799 నాటికే అమోనియా వాయువుని ద్రవీకరించే ప్రయత్నాలు
జరిగాయి. ఆ ప్రయత్నంలో ఉష్ణోగ్రతని తగ్గిస్తూ, పీడనాన్ని పెంచుతూ వస్తారు. పీడనాన్ని
పెంచినప్పుడు వాయువు యొక్క ద్రవీకరణ బిందువు (అది ద్రవంగా మారే ఉష్ణోగ్రత) పెరుగుతుంది.
అంటే దాన్ని మరింత హెచ్చు ఉష్ణోగ్రత వద్దనే ద్రవీకరించడానికి వీలవుతుంది. ఈ రకమైన పరిశోధనల్లో
ఫారడే చురుగ్గా పాల్గొనేవాడు. 1845 లో ఎన్నో
వాయువులని ద్రవీకరించగలిగాడు. వాటిలో క్లోరిన్, సల్ఫర్ డయాక్సయిడ్ కూడా ఉన్నాయి. ద్రవీకరించబడ్డ
వాయువు మీద పీడనాన్ని తగ్గిస్తే అది వెంటనే ఆవిరి కావడం మొదలెడుతుంది. ఆవిరి అవుతున్న
వాయువు ఉష్ణాన్ని లోనికి తీసుకుంటుంది. అప్పుడు మిగతా ద్రవం యొక్క ఉష్ణం గణనీయంగా పడిపోతుంది.
అలాంటి పరిస్థితుల్లో ద్రవ కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ఘన కార్బన్ డయాక్సయిడ్ గా మారిపోతుంది.
ఘన కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ని ఈథర్ తో కలిపి -78 C
అంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతని సాధించగలిగాడు ఫారడే.
కాని
ఇలాంటి ద్రవీకరణకి లొంగని మొండి వాయువులు కొన్ని ఉన్నాయి. అవి ఆక్సిజన్, నైట్రోజన్,
హైడ్రోజన్, కార్బన్ మోనాక్సయిడ్, మీథేన్ ఆ కోవకి చెందిన వాయువులు. వాటి మీద పీడనాన్ని
ఎంత పెంచినా ఫారడే వాటిని ద్రవీకరించ లేకపోయాడు. అవి “శాశ్వత వాయువులు” అని తలపోయసాగారు.
1860 లలో ఐరిష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త థామస్ ఆండ్రూస్
(1813-1885) కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ని ద్రవీకరించే
ప్రయత్నంలో ఉన్నాడు. కేవలం పీడనం మాత్రమే పెంచి ఉష్ణోగ్రతని మరీ తగ్గించకుండా అతడు
కార్బన్ డయాక్సయిడ్ ని ద్రవీకరించగలిగాడు. అంచెలంచెలుగా ఉష్ణోగ్రతని పెంచుతూ, కార్బన్
డయాక్సయిడ్ ని ద్రవ స్థితిలో ఉంచాలంటే, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతకి అనుగుణంగా పీడనాన్ని
కూడా ఏ రీతిలో పెంచాలో ఇతడు పరిశీలించాడు. ఉష్ణోగ్రత 31 C వద్ద
ఉంటే ఇక పీడనాన్ని ఎంత పెంచినా చాలదని ఇతడు గుర్తించాడు. ఆ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిజానికి
వాయుదశ, ద్రవదశ ఒక దాంట్లో ఒకటి కరిగిపోతున్నట్టుగా, లీనమైపోతున్నట్టుగా ఉంటుంది. అందుచేత
ప్రతీ వాయువుకి ఒక కీలక ఉష్ణోగ్రత (critical temperature) ఉంటుందని, ఉష్ణోగ్రత అంతకన్నా ఎక్కువ అయితే పీడనాన్ని ఎంత పెంచినా ఇక వాయువు ద్రవం కాదని
(1869 లో) ఆండ్రూస్ సూచించాడు. అందుచేత శాశ్వత
వాయువలు అనేవి లేవని అర్థమయ్యింది. అంతవరకు
ప్రయోగశాలలో సాధ్యమైన ఉష్ణోగ్రతల కన్నా ఆ వాయువుల
కీలక ఉష్ణోగ్రతలు ఇంకా తక్కువగా ఉండడం వల్ల వాటిని ద్రవీకరించే ప్రయత్నాలు విఫలం
అయ్యాయి.
ఇదిలా
ఉండగా ఉష్ణం మీద పరిశోధనలు చేసిన జూల్, థామ్సన్ లు ఒక విషయాన్ని గుర్తించారు. వాయువులని
వ్యాకోచించనివ్వడం ద్వార వాటిని చల్లార్చవచ్చని వాళ్లు తెలుసుకున్నారు. ఈ ప్రభావం ఆధారంగా
వాయువులని ద్రవీకరించడానికి ఒక మార్గం ఏర్పడింది.
వాయువులని ముందు వ్యాకోచించనివ్వాలి. అప్పుడవి కొంత ఉష్ణాన్ని పోగొట్టుకుని
చల్లబడతాయి. తరువాత అవి పోగొట్టుకున్న ఉష్ణాన్ని
తిరిగి లోనికి గ్రహించే అవకాశం లేకుండా చేసి, వాటిని మళ్లీ సంకోచింపజేయాలి. ఇలా వాటిని
మళ్లీ మళ్లీ వ్యాకోచింప జేసి, సంకోచింప జేస్తుంటే వాటిలో ఉష్ణం క్రమంగా తరిగిపోయి,
ఉష్ణోగ్రత క్రమంగా పడిపోతుంది. ఉష్ణోగ్రత కీలక
ఉష్ణోగ్రత కన్నా తక్కువ అయినప్పుడు, పీడనాన్ని తగు స్తాయికి పెంచితే వాయువు ద్రవంగా
మారుతుంది.
ఫ్రెంచ్
భౌతిక శాస్త్రవేత్త లూయీ పాల్ కాయితే (1832-1913), స్విస్ రసాయన శాస్త్రవేత్త రోల్
పిచే (1846-1929) ఈ విధానాన్ని ఉపయోగించి
1877 లో ఆక్సిజన్, నైట్రోజన్, కార్బన్ మోనాక్సయిడ్
లని ద్రవీకరించారు. హైడ్రోజన్ మాత్రం ఈ ప్రయత్నాలకి ఇంకా లొంగలేదు.
వాన్
డెర్ వాల్ కృషి ఫలితంగా హైడ్రోజన్ విషయంలో జూల్-థామ్సన్ ప్రభావం ఒక ప్రత్యేక ఉష్ణోగ్రత
కిందనే పని చేస్తుందని అర్తమయ్యింది. సంకోచ, వ్యాకోచ చక్రాన్ని ప్రారంభించక ముందే దాని
ఉష్ణోగ్రతని తగినంతగా తగ్గించాలి.
1890 లలో స్కాటిష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జేమ్స్ డీవార్
(1842-1923) ఈ సమస్య మీద పని చెయ్యడం మొదలెట్టాడు.
అతడు ద్రవ ఆక్సిజన్ ని తగు మోతాదులో సిద్ధం చేసి దాన్ని డీవార్ ఫ్లాస్క్ లో నిలువచేశాడు.
ఈ ఫ్లాస్క్ లో రెండు గోడలు ఉంటాయి. వాటి మధ్య శూన్యం ఉంటుంది. ఉష్ణవహనం (thermal
conduction) చేత గాని, సంవహనం
(convection) చేత గాని శూన్యం ఉష్ణాన్ని ప్రసారం చెయ్యదు. ఎందుకంటే ఈ రండు రకాల ఉష్ణ
ప్రసారానికి పదార్థం కావాలి. శూన్యం గుండా ఉష్ణం వికిరణం (radiation) చేత మాత్రమే ప్రసారం అవుతుంది. గోడలకి వెండి పూత
పూసి ఆ విధంగా గోడల మీద పడే వికిరణాలు (radiation) పరావర్తనం చెందేటట్లు, గోడలు ఉష్ణాన్ని
లోనికి గ్రహించకుండా ఉండేటట్లు డీవార్ జాగ్రత్తలు తీసుకున్నాడు. ఈ విధంగా వికిరణం చేత
కూడా ఉష్ణ నష్టం బాగా తగ్గిపోయింది. (ఈ డీవార్ ఫ్లాస్క్ కి మూత పెడితే వచ్చేదే మనం
ఇంట్లో వాడే థర్మోస్ ఫ్లాస్క్.)
డీవార్
ఫ్లాస్క్
ఇలాంటి
ఫ్లాస్క్ లలో నిలువ ఉంచబడ్డ ద్రవ ఆక్సిజన్ లో ముంచడం ద్వార హైడ్రోజన్ వాయువు యొక్క
ఉష్ణోగ్రతని బాగా తగ్గించడానికి వీలయ్యింది. ఆ విధంగా 1898 లో డీవార్ ద్రవ హైడ్రోజన్ ని తయారు చెయ్యగలిగాడు.
హైడ్రోజన్ 20 K వద్ద
ద్రవీకరించింది. అది నిరపేక్ష 0 డిగ్రీల కన్నా కేవలం 20 డిగ్రీలు ఎక్కువ. అయితే ద్రవీకరణ బిందువులు అన్నిట్లోకి
ఇది కనిష్ట విలువ మాత్రం కాదు. 1890 లలో జడ
వాయువులు కనుక్కోబడ్డాయి. వీటిలో ఒకటైన హీలియమ్ ద్రవీకరణ బిందువు ఇంకా తక్కువ.
డచ్
భౌతిక శాస్త్రవేత్త హైకే హామర్లింగ్ ఓన్స్ (1853-1926) ఈ రంగంలో చివరి అవరోధాన్ని అతిక్రమించగలిగాడు.
1908 లో ఇతగాడు హీలియమ్ ని ముందు ఓ హైడ్రోజన్
బట్టీ లో ముంచి చల్లబరిచి, అలా చల్లారిన హైడ్రోజన్ మీద జూల్-థామ్సన్ ప్రభావాన్ని ప్రయోగించాడు.
ఆ పద్ధతి ద్వార 4 K వద్ద హీలియమ్ ని ద్రవీకరించడానికి వీలయ్యింది.
(నిరపేక్ష
సున్నా (absolute zero) అంటే సాధ్యమైన కనిష్ట ఉష్ణోగ్రత అని అర్థం. ఈ భావనని 1848 లో థామ్సన్ (లార్డ్ కెల్విన్) ప్రతిపాదించాడు.
ఆ ప్రతిపాదనకి గుర్తింపుగా నిరపేక్ష ఉష్ణోగ్రతా మానాన్ని oK అనే సంకేతంతో సూచిస్తారు. 1905 లో నిరపేక్ష సున్నా వద్ద వ్యవస్థ యొక్క ఎంట్రొపీ
సున్నా అవుతుందని నెర్న్‍స్ట్ నిరూపించాడు. దీన్నే ఉష్ణగతి శాస్త్రపు మూడవ నియమం అంటారు.
దీన్ని బట్టి తెలిసేదేమంటే నిరపేక్ష సున్నాకి వీలైనంత సన్నిహితంగా సమీపించవచ్చు గాని
దాన్ని ఎన్నటికీ చేరుకోలేము.)
>నిరపేక్ష సున్నా
నిరపేక్షశూన్యం అనండి. నిరపేక్ష అనేది సంస్కృతపదం. దానికి పక్కనే సున్నా అని తెలుగుమాట వేసి సమాసం చేయటం కుదరదు.