Članak o promjenama faze Kritična temperatura Trojna točka
U raspravi o zakonu idealnog plina objašnjeno je da zakon idealnog plina točno opisuje ponašanje stvarnog plina samo kada tlak i gustoća stvarnog plina nisu preveliki. Ako su tlak i gustoća stvarnog plina dovoljno veliki, zakon idealnog plina daje netočne rezultate, slično tome, kada se temperatura stvarnog plina približi vrelištu. To je povezano s interakcijama koje se događaju između molekula stvarnog plina. Tlak plina obrnuto je proporcionalan volumenu plina. Kada je tlak plina dovoljno velik, volumen plina postaje manji. Budući da je volumen plina nizak, udaljenost između molekula plina postaje manja. Kada se udaljenost između molekula smanji, molekule se međusobno privlače. To je kao kada stavite komad željeza na magnet. Ako je udaljenost između magneta i željeza dovoljno velika, magnet ne može privlačiti željezo. Ali ako je udaljenost između magneta i željeza mala, željezo se privlači bliže.
Dakle, molekule plina ponašaju se poput magneta. Kada je udaljenost između molekula dovoljno mala, molekule se privlače. Sila privlačenja uzrokuje približavanje udaljenosti između molekula (volumen plina se smanjuje). Obično se to događa kada je tlak plina dovoljno velik (veliki tlak, mali volumen. Mali volumen, udaljenost između molekula se približava). Stoga zakon idealnog plina ne daje točne rezultate kada su tlak i gustoća stvarnog plina veliki.
Dijagram tlaka u odnosu na tlak i volumen
Kako bismo bolje razumjeli gornji problem, pogledajmo dijagram koji prikazuje odnos između tlaka plina i volumena. Krivulje 1, 2, 3 i 4 pokazuju isto ponašanje plina pri različitim temperaturama. Temperatura plina prikazana na krivulji 1 viša je od krivulje 2. Temperatura plina prikazana na krivulji 2 viša je od krivulje 3. Temperatura plina prikazana na krivulji 3 viša je od krivulje 4. Krivulja je kosa crta u sredini dijagrama. Temperatura plina je uvijek fiksna, što mijenja samo tlak (P) i volumen (V) plina.
Prema zakonu o idealnom plinu, linija koja počinje od broja 1 mora završavati u broju 1. Slično tome, linija koja počinje od broja 2 mora završiti u broju 2. Stvarnost koju doživljava stvarni plin nije predviđena zakonom o idealnom plinu. Kada je tlak plina dovoljno velik, volumen plina postaje manji i odstupa od predviđenog zakona o idealnom plinu (usporedite s krivuljom 1 i krivuljom 2). Količina odstupanja volumena plina također ovisi o temperaturi. Ako je temperatura plina niža i približava se talištu, tj. vrelištu (točka b), plin obično doživljava značajnije odstupanje volumena nego kada je temperatura viša (usporedite krivulje 1, 2, 3 i 4). Na to utječe prisutnost privlačenja između molekula plina, kao što je ranije objašnjeno.
Krivulja 3 na gornjem dijagramu prikazuje ponašanje tvari na njezinoj kritičnoj temperaturi. Točka c koju prolazi krivulja tri naziva se kritična točka. Na temperaturama višim od kritične temperature, oblik plina ne može se promijeniti u tekući oblik, čak i ako mu se da znatan tlak (usporedi s krivuljom 2 i krivuljom 1). Dani tlak samo smanjuje volumen plina, ali ne može pretvoriti plin u tekućinu. Suprotno tome, na temperaturama nižim od kritične temperature, plin će se promijeniti u tekućinu ako mu se da apsolutni tlak (usporedi s krivuljom 3). Količina tlaka koja može pretvoriti plin u tekućinu na kritičnoj temperaturi poznata je kao kritični tlak. Svaka tvar ima različitu kritičnu temperaturu i kritični tlak.
Krivulja 4 na gornjem dijagramu prikazuje proces promjene iz plina u tekućinu. Zasjenjeno područje (koje podsjeća na planinu) je područje gdje su plin i tekućina u ravnoteži. U početku je volumen plina velik. Nakon što se tlak plina poveća, volumen plina se smanjuje dok ne dosegne točku b (točka b je talište, tj. vrelište). Kada stigne do točke b, plin počinje prelaziti u tekućinu. Tijekom procesa promjene plina u tekućinu (od točke b do točke a), volumen tvari se smanjuje iako nema povećanja tlaka (označeno ravnom linijom). U točki a, svi plinovi su se pretvorili u tekućinu. Nakon dolaska do točke a, dodavanje tlaka tvari rezultira samo minimalnom promjenom volumena (označeno vrlo strmom krivuljom).
U svakodnevnom životu često koristimo pojmove para i plin. Na primjer, vodena para ili dušikov plin. Vodenu paru gotovo nikada ne nazivamo vodenim plinom, iako je vodena para plin iz vode. Slično tome, dušik, kisik itd. Dušik ili kisik se obično nazivaju plinom. Plin i para imaju različita značenja. Ako je plin iz tvari ispod kritične temperature materijala, tada je nazivamo parom. Obrnuto, ako je plin iz tvari iznad kritične temperature tvari, tada je nazivamo plinom.
Dijagram tlaka u odnosu na temperaturu (fazni dijagram)
Prethodno je opisano ponašanje tvari pomoću dijagrama tlaka u odnosu na volumen. Osim korištenja PV dijagrama, ponašanje tvari može se objasniti pomoću dijagrama tlaka (P) u odnosu na temperaturu (T). PT dijagrami se obično nazivaju faznim dijagramima. Nazivaju se faznim dijagramom jer se ovaj dijagram koristi za usporedbu faza tvari. Jedna od tvari koja često mijenja fazu je voda.
Na dijagramu postoje tri krivulje, i to krivulje isparavanja, krivulje taljenja i krivulje sublimacije.
Krivulja isparavanja pokazuje točke u kojima su tekućina i para u ravnoteži. Točka u kojoj su tekućina i para u ravnoteži naziva se talište, tj. vrelište (naziva se talište jer se u toj točki para može rastopiti i pretvoriti u vodu. Naziva se vrelište jer se u toj točki voda može prokuhati i pretvoriti u paru). Dakle, krivulja isparavanja zapravo je graf koji prikazuje odnos između tlaka (P) i vrelišta/temperature taljenja. Čini se da što je tlak manji, to je niža temperatura vrelišta vode, ili što je tlak veći, to je viša temperatura vrelišta vode. Pri tlaku od 1 atm, temperatura vrelišta vode je 100 ° C. Obrnuto, pri tlaku od 218 atm, temperatura vrelišta vode = 374 ° C.
Tlak od 218 atm naziva se i kritičnim tlakom vode, dok se temperatura od 374 ° C naziva i kritičnom temperaturom vode. Ako je temperatura pare niža od 374 ° C, tada para može promijeniti svoje stanje u tekućinu ako joj se da tlak od 374 ° C. Tlak ne može pretvoriti paru u tekućinu ako je temperatura viša od 218 ° C.
Krivulja taljenja pokazuje točke u kojima su tekućina i krutina u ravnoteži. Točka u kojoj su tekućina i krutina u ravnoteži naziva se talište ili ledište (naziva se talište jer se u toj točki led može otopiti u vodu. Naziva se ledište jer se u toj točki voda može smrznuti u led). Dakle, krivulja taljenja je graf koji prikazuje odnos između tlaka (P) i tališta ili temperature smrzavanja. Pri tlaku od 1 atm, ledište vode (ili talište leda) = 0 ° C. Za razliku od tlaka od 218 atm, ledište vode (ili talište leda) je manje od 0 ° C. Imajte na umu da je pri tlaku od 1 atm voda u tekućini ako je temperatura između 0 °C i 100 ° C. Voda je u krutini ako je pri tlaku od 1 atm temperatura manja od 0 ° C ili je voda u pari ako pri tlaku od 1 atm temperatura prelazi 100 ° C .
Sublimacijska krivulja pokazuje točke u kojima su krutina i para u ravnoteži. 
Ravnoteža se naziva točka sublimacije. Dakle, krivulja sublimacije je graf koji prikazuje odnos između tlaka (P) i temperature točke sublimacije. Sublimacija je proces pretvaranja krute tvari u paru, bez prolaska kroz tekućinu. Obično se sublimacija događa samo pri niskom tlaku. Led može sublimirati samo ako je temperatura manja od 0.01 oC, a tlak je manji od 0.006 atm. Točka u kojoj se tri krivulje sijeku naziva se trojna točka.
Dolje je fazni dijagram ugljikovog dioksida. Imajte na umu da skala na faznom dijagramu vode i faznom dijagramu ugljikovog dioksida nije linearna.
