Статия за промените в фазата Критична температура Тройна точка
В обсъждането на закона за идеалния газ беше обяснено, че законът за идеалния газ описва поведението на реалния газ точно само когато налягането и плътността на реалния газ не са твърде големи. Ако налягането и плътността на реалния газ са достатъчно големи, законът за идеалния газ дава неточни резултати, подобно на това, когато температурата на реалния газ се приближава до точката на кипене. Това е свързано с взаимодействията, които протичат между молекулите на реалния газ. Налягането на газа е обратно пропорционално на обема на газа. Когато налягането на газа е достатъчно голямо, обемът на газа става по-малък. Тъй като обемът на газа е малък, разстоянието между молекулите на газа се сближава. Когато разстоянието между молекулите се сближи, молекулите се привличат взаимно. Все едно да поставите парче желязо върху магнит. Ако разстоянието между магнита и желязото е достатъчно голямо, магнитът не може да придърпа желязото. Но ако разстоянието между магнита и желязото е близко, желязото се придърпва по-близо.
Така че газовите молекули се държат като магнит. Когато разстоянието между молекулите е достатъчно близко, те се привличат една към друга. Силата на привличане кара разстоянието между молекулите да се сближава (обемът на газа намалява). Обикновено това се случва, когато налягането на газа е достатъчно голямо (голямо налягане, малък обем. Малък обем, разстоянието между молекулите се сближава). Следователно, законът за идеалния газ не дава точни резултати, когато налягането и плътността на реалния газ са големи.
Диаграма на налягането спрямо обема на налягането
За да разберем по-добре горния проблем, нека разгледаме диаграмата, която показва връзката между налягането на газа и обема. Криви 1, 2, 3 и 4 показват едно и също поведение на газа при различни температури. Температурата на газа, показана на крива 1, е по-висока от крива 2. Температурата на газа, показана на крива 2, е по-висока от крива 3. Температурата на газа, показана на крива 3, е по-висока от крива 4. Кривата е наклонената черта в средата на диаграмата. Температурата на газа е винаги фиксирана, което променя само налягането (P) и обема (V) на газа.
Според закона за идеалния газ, линията, започваща от номер 1, трябва да завършва на номер 1. По същия начин, линията, започваща от номер 2, трябва да спира на номер 2. Реалността, която изпитва реалният газ, не е предвидена от закона за идеалния газ. Когато налягането на газа е достатъчно голямо, обемът на газа става по-малък и се отклонява от прогнозата на закона за идеалния газ (сравнете с крива 1 и крива 2). Размерът на отклонението в обема на газа също зависи от температурата. Ако температурата на газа е по-ниска и се приближава до точката на топене, т.е. точката на кипене (точка b), газът обикновено претърпява по-значително отклонение в обема, отколкото когато температурата е по-висока (сравнете криви 1, 2, 3 и 4). Влияние има наличието на привличане между газовите молекули, както е обяснено по-рано.
Крива 3 на диаграмата по-горе показва поведението на веществото при неговата критична температура. Точката c, преминавана от крива три, се нарича критична точка. При температури по-високи от критичната температура, газообразната форма не може да се промени в течна, дори ако е приложено значително налягане (сравнете с крива 2 и крива 1). Приложеното налягане само намалява обема на газа, но не може да го превърне в течност. Обратно, при температури по-ниски от критичната температура, газът ще се промени в течност, ако му се приложи абсолютно налягане (сравнете с крива 3). Количеството налягане, което може да превърне газа в течност при критична температура, е известно като критично налягане. Всяко вещество има различна критична температура и критично налягане.
Крива 4 на диаграмата по-горе показва процеса на преминаване от газообразно в течно състояние. Защрихованата област (наподобяваща планина) е област, където газът и течността са в равновесие. В началото обемът на газа е голям. След като налягането на газа се увеличи, обемът му намалява, докато достигне точка b (точка b е точката на топене, известна още като точката на кипене). Когато достигне точка b, газът започва да се превръща в течност. По време на процеса на преминаване от газообразно в течно състояние (от точка b до точка a), обемът на веществото намалява, въпреки че няма повишаване на налягането (отбелязано с права линия). В точка a всички газове са се превърнали в течност. След достигане до точка a, добавянето на налягане към веществото води само до минимална промяна в обема (отбелязано с много стръмна крива).
В ежедневието често използваме термините пара и газ. Например, водна пара или азотен газ. Рядко наричаме водната пара воден газ, въпреки че водната пара е газ от вода. Подобно е и с азота, кислорода и т.н. Азотът или кислородът обикновено се наричат газ. Газ и пара имат различни значения. Ако газът от дадено вещество е под критичната температура на материала, тогава го наричаме пара. Обратно, ако газът от дадено вещество е над критичната температура на веществото, тогава го наричаме газ.
Диаграма на налягането спрямо температурата (фазова диаграма)
По-рано беше описано поведението на веществата, използвайки диаграма на налягане спрямо обем. В допълнение към използването на PV диаграмата, поведението на веществата може да бъде обяснено с помощта на диаграма на налягане (P) спрямо температура (T). PT диаграмите обикновено се наричат фазови диаграми. Наричат се фазова диаграма, защото тази диаграма се използва за сравняване на фазите на веществото. Едно от веществата, което често променя фазата си, е водата.
На диаграмата има три криви, а именно криви на изпарение, криви на топене и криви на сублимация.
Кривата на изпарение показва точките, където течността и парата са в равновесие. Точката, където течността и парата са в равновесие, се нарича точка на топене, известна още като точка на кипене (наричана точка на топене, защото в тази точка парата може да се стопи и да се превърне във вода. Нарича се точка на кипене, защото в тази точка водата може да заври и да се превърне в пара). По този начин, кривата на изпарение всъщност е графика, която показва връзката между налягането (P) и точката на кипене / температурата на топене. Изглежда, че колкото по-малко е налягането, толкова по-ниска е температурата на кипене на водата, или колкото по-високо е налягането, толкова по-висока е температурата на кипене на водата. При налягане от 1 атм, температурата на кипене на водата е 100 ° C. Обратно, при налягане от 218 атм, температурата на кипене на водата = 374 ° C.
Налягане от 218 атм. се нарича още критично налягане на водата, докато температурата от 374 ° C също се нарича критична температура на водата. Ако температурата на парите е по-ниска от 374 ° C, тогава парата може да промени фазата си на течност, ако ѝ се приложи налягане от 374 ° C. Налягането не може да превърне парата в течност, ако температурата е по-висока от 218 ° C.
Кривата на топене показва точките, където течността и твърдото вещество са в равновесие. Точката, където течността и твърдото вещество са в равновесие, се нарича точка на топене или точка на замръзване (наричана точка на топене, защото в тази точка ледът може да се стопи във вода. Нарича се точка на замръзване, защото в тази точка водата може да замръзне в лед). По този начин, кривата на топене е графика, която показва връзката между налягането (P) и точката на топене или температурата на замръзване. При налягане от 1 атм. точката на замръзване на водата (или точката на топене на леда) = 0 ° C. За разлика от налягането от 218 атм., точката на замръзване на водата (или точката на топене на леда) е по-малка от 0 ° C. Обърнете внимание, че при налягане от 1 атм. водата е в течност, ако температурата е между 0°C и 100 ° C. Водата е в твърдо вещество, ако при налягане от 1 атм. температурата е по-малка от 0 ° C, или водата е в пара, ако при налягане от 1 атм. температурата надвишава 100 ° C.
Кривата на сублимация показва точките, в които твърдото вещество и парата са в равновесие 
Равновесието се нарича точка на сублимация. Следователно, кривата на сублимация е графика, която показва връзката между налягането (P) и температурата на точката на сублимация. Сублимацията е процес на превръщане на твърдо вещество в пара, без преминаване през течност. Обикновено сублимацията се случва само при ниско налягане. Ледът може да сублимира само ако температурата е по-ниска от 0.01. oC и налягането е по-малко от 0.006 атм. Точката, където трите криви се пресичат, се нарича тройна точка.
По-долу е показана фазова диаграма на въглеродния диоксид. Обърнете внимание, че мащабът на фазовата диаграма на водата и фазовата диаграма на въглеродния диоксид не е линеен.
