Raksts par fāzes izmaiņām Kritiskā temperatūra Trīskāršais punkts
Apspriežot ideālās gāzes likumu, tika paskaidrots, ka ideālās gāzes likums precīzi apraksta reālas gāzes uzvedību tikai tad, ja reālās gāzes spiediens un blīvums nav pārāk lieli. Ja spiediens un reālās gāzes blīvums ir pietiekami lieli, ideālās gāzes likums sniedz neprecīzus rezultātus, līdzīgi, ja reālās gāzes temperatūra tuvojas viršanas temperatūrai. Tas ir saistīts ar mijiedarbību, kas notiek starp reālām gāzes molekulām. Gāzes spiediens ir apgriezti proporcionāls gāzes tilpumam. Kad gāzes spiediens ir pietiekami liels, gāzes tilpums samazinās. Tā kā gāzes tilpums ir mazs, attālums starp gāzes molekulām samazinās. Kad attālums starp molekulām samazinās, molekulas pievelk viena otru. Tas ir līdzīgi kā tad, kad uz magnēta uzliek dzelzs gabalu. Ja attālums starp magnētu un dzelzi ir pietiekami liels, magnēts nevar pievilkt dzelzi. Bet, ja attālums starp magnētu un dzelzi ir mazs, dzelzs tiek pievilkta tuvāk.
Tātad gāzes molekulas uzvedas kā magnēts. Kad attālums starp molekulām ir pietiekami mazs, molekulas pievelk viens otru. Pievilkšanas spēks izraisa attāluma starp molekulām samazināšanos (gāzes tilpums samazinās). Parasti tas notiek, ja gāzes spiediens ir pietiekami liels (liels spiediens, mazs tilpums. Mazs tilpums, attālums starp molekulām samazinās). Tāpēc ideālās gāzes likums nesniedz precīzus rezultātus, ja reālās gāzes spiediens un blīvums ir lieli.
Spiediena un spiediena tilpuma diagramma
Lai labāk izprastu iepriekš minēto problēmu, apskatīsim diagrammu, kurā parādīta gāzes spiediena un tilpuma savstarpējā saistība. 1., 2., 3. un 4. līkne parāda vienādu gāzes uzvedību dažādās temperatūrās. 1. līknē parādītā gāzes temperatūra ir augstāka nekā 2. līknē. 2. līknē parādītā gāzes temperatūra ir augstāka nekā 3. līknē. 3. līknē parādītā gāzes temperatūra ir augstāka nekā 4. līknē. Līkne ir slīpsvītra diagrammas vidū. Gāzes temperatūra vienmēr ir fiksēta, kas maina tikai gāzes spiedienu (P) un tilpumu (V).
Saskaņā ar ideālās gāzes likumu, līnijai, kas sākas ar skaitli 1, jābeidzas pie skaitļa 1. Tāpat līnijai, kas sākas ar skaitli 2, jābeidzas pie skaitļa 2. Realitāte, ko piedzīvo reāla gāze, neatbilst ideālās gāzes likuma prognozei. Kad gāzes spiediens ir pietiekami liels, gāzes tilpums samazinās un novirzās no ideālās gāzes likuma prognozes (salīdziniet ar 1. un 2. līkni). Gāzes tilpuma novirzes lielums ir atkarīgs arī no temperatūras. Ja gāzes temperatūra ir zemāka un tuvojas kušanas temperatūrai jeb viršanas temperatūrai (b punkts), gāzei parasti ir ievērojamāka tilpuma novirze nekā tad, ja temperatūra ir augstāka (salīdziniet 1., 2., 3. un 4. līkni). To ietekmē pievilkšanās starp gāzes molekulām, kā paskaidrots iepriekš.
Iepriekš redzamajā diagrammā 3. līkne parāda vielas uzvedību tās kritiskajā temperatūrā. Punktu c, kuru šķērso 3. līkne, sauc par kritisko punktu. Temperatūrā, kas ir augstāka par kritisko temperatūru, gāzes forma nevar mainīties uz šķidru formu, pat ja tai tiek pielikts ievērojams spiediens (salīdziniet ar 2. un 1. līkni). Dotais spiediens tikai samazina gāzes tilpumu, bet nevar pārvērst gāzi šķidrumā. Un otrādi, temperatūrā, kas zemāka par kritisko temperatūru, gāze mainīsies uz šķidrumu, ja tai tiks pielikts absolūtais spiediens (salīdziniet ar 3. līkni). Spiediena daudzumu, kas var pārvērst gāzi šķidrumā kritiskajā temperatūrā, sauc par kritisko spiedienu. Katrai vielai ir atšķirīga kritiskā temperatūra un kritiskais spiediens.
Iepriekš redzamajā diagrammā 4. līkne parāda pārejas procesu no gāzes uz šķidrumu. Iekrāsotā zona (kas atgādina kalnu) ir zona, kurā gāze un šķidrums ir līdzsvarā. Sākumā gāzes tilpums ir liels. Pēc gāzes spiediena palielināšanās gāzes tilpums samazinās, līdz tas sasniedz punktu b (punkts b ir kušanas temperatūra jeb viršanas temperatūra). Kad tā sasniedz punktu b, gāze sāk pārvērsties šķidrumā. Gāzes pārveidošanas procesā šķidrumā (no punkta b uz punktu a) vielas tilpums samazinās, pat ja spiediens nepalielinās (atzīmēts ar taisnu līniju). Punktā a visas gāzes ir pārvērtušās šķidrumā. Pēc punkta a sasniegšanas spiediena pievienošana vielai rada tikai minimālas tilpuma izmaiņas (atzīmēta ar ļoti stāvu līkni).
Ikdienā mēs bieži lietojam terminus tvaiks un gāze. Piemēram, ūdens tvaiks vai slāpekļa gāze. Mēs gandrīz nekad nesaucam ūdens tvaikus par ūdens gāzi, lai gan ūdens tvaiki ir ūdens gāze. Līdzīgi ir ar slāpekli, skābekli utt. Slāpekli vai skābekli parasti sauc par gāzi. Gāzei un tvaikam ir atšķirīga nozīme. Ja vielas gāzes temperatūra ir zemāka par materiāla kritisko temperatūru, tad mēs to saucam par tvaiku. Un otrādi, ja vielas gāzes temperatūra ir augstāka par vielas kritisko temperatūru, tad mēs to saucam par gāzi.
Spiediena un temperatūras diagramma (fāzes diagramma)
Iepriekš aprakstīta vielu uzvedība, izmantojot spiediena un tilpuma diagrammu. Papildus PV diagrammas izmantošanai vielu uzvedību var izskaidrot, izmantojot spiediena (P) un temperatūras (T) diagrammu. PT diagrammas parasti sauc par fāžu diagrammām. To sauc par fāžu diagrammu, jo šī diagramma tiek izmantota, lai salīdzinātu vielas fāzes. Viena no vielām, kas bieži maina fāzi, ir ūdens.
Diagrammā ir trīs līknes: iztvaikošanas līknes, kušanas līknes un sublimācijas līknes.
Iztvaikošanas līkne parāda punktus, kuros šķidrums un tvaiks atrodas līdzsvarā. Punktu, kurā šķidrums un tvaiks atrodas līdzsvarā, sauc par kušanas punktu jeb viršanas punktu (sauktu par kušanas punktu, jo šajā brīdī tvaiks var izkust un pārvērsties ūdenī. To sauc par viršanas punktu, jo šajā brīdī ūdens var uzvārīties un pārvērsties tvaikā). Tādējādi iztvaikošanas līkne patiesībā ir grafiks, kas parāda spiediena (P) un viršanas punkta/kušanas temperatūras attiecību. Šķiet, ka, jo mazāks spiediens, jo zemāka ir ūdens viršanas punkta temperatūra, vai, jo augstāks spiediens, jo augstāka ir ūdens viršanas punkta temperatūra. Pie 1 atm spiediena ūdens viršanas punkta temperatūra ir 100 ° C. Un otrādi, pie 218 atm spiediena ūdens viršanas punkta temperatūra ir 374 ° C.
218 atm spiedienu sauc arī par ūdens kritisko spiedienu, savukārt 374 ° C temperatūru sauc arī par ūdens kritisko temperatūru. Ja tvaika temperatūra ir zemāka par 374 ° C, tad tvaiks var mainīt savu fāzi uz šķidrumu, ja tam tiek piešķirts 374 ° C spiediens. Spiediens nevar pārvērst tvaiku šķidrumā, ja temperatūra ir augstāka par 218 ° C.
Kušanas līkne parāda punktus, kuros šķidrums un cietviela ir līdzsvarā. Punktu, kurā šķidrums un cietviela ir līdzsvarā, sauc par kušanas punktu jeb sasalšanas punktu (sauktu par kušanas punktu, jo šajā punktā ledus var izkust ūdenī. To sauc par sasalšanas punktu, jo šajā punktā ūdens var sasalt ledū). Tādējādi kušanas līkne ir grafiks, kas parāda spiediena (P) un kušanas punkta jeb sasalšanas temperatūras attiecību. Pie 1 atm spiediena ūdens sasalšanas punkts (vai ledus kušanas punkts) = 0 ° C. Atšķirībā no 218 atm spiediena, ūdens sasalšanas punkts (vai ledus kušanas punkts) ir zemāks par 0 ° C. Ņemiet vērā, ka pie 1 atm spiediena ūdens ir šķidrumā, ja temperatūra ir no 0 °C līdz 100 ° C. Ūdens ir cietvielā, ja pie 1 atm spiediena temperatūra ir zemāka par 0 ° C, vai ūdens ir tvaikā, ja pie 1 atm spiediena temperatūra pārsniedz 100 ° C .
Sublimācijas līkne parāda punktus, kuros cietviela un tvaiks atrodas līdzsvarā 
Līdzsvaru sauc par sublimācijas punktu. Tādējādi sublimācijas līkne ir grafiks, kas parāda spiediena (P) un sublimācijas punkta temperatūras attiecību. Sublimācija ir cietas vielas pārvēršana tvaikā, neizejot cauri šķidrumam. Parasti sublimācija notiek tikai zemā spiedienā. Ledus var sublimēties tikai tad, ja temperatūra ir zemāka par 0.01 oC un spiediens ir mazāks par 0.006 atm. Punktu, kurā krustojas trīs līknes, sauc par trīskāršo punktu.
Zemāk ir redzama oglekļa dioksīda fāžu diagramma. Ņemiet vērā, ka ūdens fāžu diagrammas un oglekļa dioksīda fāžu diagrammas skala nav lineāra.
