Materiële veranderinge in toestand Kritieke temperatuur Driepunt
In die bespreking van die ideale gaswet is verduidelik dat die ideale gaswet die gedrag van 'n werklike gas slegs akkuraat beskryf wanneer die druk en digtheid van die werklike gas nie te hoog is nie. As die druk en digtheid van die werklike gas groot genoeg is, lewer die ideale gaswet onakkurate resultate. Dit is ook waar wanneer die temperatuur van die werklike gas sy kookpunt nader.
Dit hou eintlik verband met die interaksies wat tussen werklike gasmolekules plaasvind. Gasdruk is omgekeerd eweredig aan gasvolume. Wanneer die gasdruk hoog genoeg is, word die gasvolume kleiner. Omdat die gasvolume klein is, word die afstand tussen gasmolekules nader. Wanneer die afstand tussen molekules nader is, trek die molekules mekaar aan. Dit is soortgelyk aan wanneer jy 'n stuk yster naby 'n magneet bring. As die afstand tussen die magneet en die yster ver genoeg is, kan die magneet nie die yster aantrek nie. Maar as die afstand tussen die magneet en die yster nader is, word die yster nader getrek.
Dus tree gasmolekules op soos magnete en yster in die illustrasie hierbo… Wanneer die afstand tussen molekules naby genoeg is, trek die molekules mekaar aan. Die teenwoordigheid van aantrekkingskragte veroorsaak dat die afstand tussen molekules nader word (die volume van die gas word kleiner). Gewoonlik gebeur dit wanneer die gasdruk groot genoeg is (hoë druk, klein volume. Klein volume, die afstand tussen molekules word nader). Daarom gee die ideale gaswet nie akkurate resultate wanneer die druk en digtheid van die werklike gas groot genoeg is nie.
Druk teenoor Volume Diagram
Om die bogenoemde probleem beter te verstaan, kom ons kyk na die diagram wat die verband tussen druk en volume van gas toon. Krommes 1, 2, 3 en 4 toon die gedrag van dieselfde gas by verskillende temperature. Die temperatuur van die gas wat in kromme 1 getoon word, is hoër as kromme 2. Die temperatuur van die gas wat in kromme 2 getoon word, is hoër as kromme 3. Die temperatuur van die gas wat in kromme 3 getoon word, is hoër as kromme 4. Die kromme is 'n skuins lyn in die middel van die diagram. Die temperatuur van die gas bly altyd konstant, die enigste veranderinge is die druk (P) en volume (V) van die gas.
Volgens die ideale gaswet moet 'n lyn wat by 1 begin by 1 eindig. Net so moet 'n lyn wat by 2 begin by 2 eindig. Die werklikheid wat deur werklike gasse ervaar word, stem nie ooreen met die voorspellings van die ideale gaswet nie. Wanneer die gasdruk hoog genoeg is, word die gasvolume kleiner en wyk af van die voorspellings van die ideale gaswet (vergelyk kurwes 1 en 2). Die grootte van die afwyking in gasvolume hang ook af van temperatuur. As die gastemperatuur laer en naby die smeltpunt is, ook bekend as die kookpunt (punt b), ervaar die gas gewoonlik 'n groter afwyking in volume in vergelyking met wanneer die temperatuur hoër is (vergelyk kurwes 1, 2, 3 en 4). Dit word beïnvloed deur die aantrekkingskragte tussen gasmolekules, soos voorheen verduidelik.
Kurwe 3 in die diagram hierbo toon die gedrag van 'n stof by sy kritieke temperatuur. Punt c, waardeur kurwe 3 gaan, word die kritieke punt genoem. By temperature hoër as die kritieke temperatuur, kan 'n gas nie in 'n vloeistof verander nie, selfs al word baie hoë druk toegepas (vergelyk met kurwes 2 en 1). Die toegepaste druk verminder slegs die volume van die gas, maar kan dit nie in 'n vloeistof verander nie. Omgekeerd, by temperature laer as die kritieke temperatuur, sal 'n gas in 'n vloeistof verander as 'n sekere druk toegepas word (vergelyk met kurwe 3). Die hoeveelheid druk wat 'n gas in 'n vloeistof by die kritieke temperatuur kan verander, staan bekend as die kritieke druk. Elke stof het 'n ander kritieke temperatuur en kritieke druk.
Kurwe 4 in die diagram hierbo toon die proses van verandering van 'n gas na 'n vloeistof. Die geskakeerde area (wat soos 'n berg lyk) is die area waar die gas- en vloeistoffases in ewewig is. Aanvanklik is die volume van die gas redelik groot. Nadat die gasdruk toeneem, word die volume van die gas kleiner totdat dit punt b bereik (punt b is die smeltpunt, ook bekend as die kookpunt). Wanneer dit punt b bereik, begin die gas in 'n vloeistof verander. Tydens die proses van verandering van 'n gas na 'n vloeistof (van punt b na punt a), word die volume van die stof kleiner, al is daar geen toename in druk nie (gemerk deur die reguitlyn). By punt a het al die gas in 'n vloeistof verander. Nadat punt a bereik is, lei toenemende druk op die stof slegs tot 'n baie klein verandering in volume (gemerk deur die baie steil vorm van die kurwe).
In die alledaagse lewe gebruik ons dikwels die terme stoom en gas. Byvoorbeeld, waterdamp of stikstofgas. Ons verwys amper nooit na waterdamp as watergas nie, al is waterdamp eintlik die gasvorm van water. Dieselfde geld vir stikstof, suurstof, ens. Stikstof of suurstof word algemeen na verwys as gasse. Gas en damp het verskillende betekenisse. As die gastoestand van 'n stof onder die kritieke temperatuur van die stof is, dan noem ons dit damp. Omgekeerd, as die gastoestand van 'n stof bo die kritieke temperatuur van die stof is, dan noem ons dit gas.
Druk teenoor Temperatuurdiagram (Fasediagram)
Voorheen het ons die gedrag van stowwe verduidelik met behulp van 'n Druk teenoor Volume-diagram. Benewens die gebruik van 'n PV-diagram, kan die gedrag van stowwe verduidelik word met behulp van 'n Druk (P) teenoor Temperatuur (T)-diagram. 'n PT-diagram word algemeen na verwys as 'n fasediagram. Dit word 'n fasediagram genoem omdat dit gebruik word om die fases, of toestande, van 'n stof te vergelyk. Een stof wat gereeld veranderinge in toestand ondergaan, is water.
Daar is drie kurwes in die diagram, naamlik die verdampingskurwe, die smeltkurwe en die sublimasiekurwe.
Die verdampingskromme toon die punte waar die vloeistof en damp in ewewig is. Die punt waar die vloeistof en damp in ewewig is, word die smeltpunt of kookpunt genoem (Dit word die smeltpunt genoem omdat die damp op hierdie punt kan smelt en in water verander. Dit word die kookpunt genoem omdat die water op hierdie punt kan kook en in stoom verander). Dus is die verdampingskromme eintlik 'n grafiek wat die verband tussen druk (P) en die kookpunt/smeltpunttemperatuur aandui. Dit blyk dat hoe kleiner die druk, hoe laer die kookpunt van water, of hoe groter die druk, hoe hoër die kookpunt van water. By 'n druk van 1 atm is die kookpunt van water = 100 o C. Omgekeerd, by 'n druk van 218 atm is die kookpunt van water = 374 o C.
'n Druk van 218 atm staan ook bekend as die kritieke druk van water, terwyl 'n temperatuur van 374 ° C ook bekend staan as die kritieke temperatuur van water. As die temperatuur van stoom minder as 374 ° C is, kan die stoom in 'n vloeistof verander as dit 'n druk van 374 ° C kry. Geen hoeveelheid druk kan die stoom in 'n vloeistof verander as die temperatuur groter as 218 ° C is nie.
Die smeltkromme toon die punte waar die vloeistof- en vastetoestande in ewewig is. Die punt waar die vloeistof- en vastetoestande in ewewig is, word die smeltpunt of vriespunt genoem. (Dit word die smeltpunt genoem omdat ys op hierdie punt in water kan smelt. Dit word die vriespunt genoem omdat water op hierdie punt in ys kan vries). Dus is die smeltkromme eintlik 'n grafiek wat die verband tussen druk (P) en die smeltpunt- of vriespunttemperatuur toon. By 'n druk van 1 atm is die vriespunt van water (of die smeltpunt van ys) = 0. oC. Omgekeerd, teen 'n druk van 218 atm, is die vriespunt van water (of smeltpunt van ys) minder as 0 oC. Let daarop dat water teen 'n druk van 1 atm in vloeibare vorm is as die temperatuur tussen 0 is. o100 van C oC. Water is in vaste vorm as die temperatuur teen 'n druk van 1 atm minder as 0 is. oC of water is in die vorm van stoom as die temperatuur teen 'n druk van 1 atm meer as 100 is. oC.
Die sublimasiekurwe toon die punte waar die vaste stof en damp in ewewig is. Die punt waar die vaste stof en damp in ewewig is, word die sublimasiepunt genoem. Dus is die sublimasiekurwe eintlik 'n grafiek wat die verband tussen druk (P) en die temperatuur van die sublimasiepunt toon... Sublimasie is die proses om die vaste toestand in damp te verander, sonder om deur die vloeibare toestand te beweeg... Gewoonlik vind sublimasie slegs by lae druk plaas. Ys kan slegs sublimeer as die temperatuur minder as 0,01 o C is en die druk minder as 0,006 atm is. Die punt waar die drie kurwes sny, word die drievoudige punt genoem.
Hieronder is 'n fasediagram vir koolstofdioksied. Let daarop dat die skale op die waterfasediagram en die koolstofdioksiedfasediagram nie lineêr is nie.
