Artikkel om faseendringer Kritisk temperatur Trippelpunkt
I diskusjonen av den idealgassloven har det blitt forklart at den idealgassloven beskriver oppførselen til ekte gass nøyaktig bare når trykket og tettheten til den ekte gassen ikke er for store. Hvis trykket og den ekte gasstettheten er store nok, gir den idealgassloven unøyaktige resultater, på samme måte når temperaturen til den ekte gassen nærmer seg kokepunktet. Dette er relatert til interaksjonene som oppstår mellom ekte gassmolekyler. Gasstrykket er omvendt proporsjonalt med gassvolumet. Når gasstrykket er stort nok, blir gassvolumet mindre. Fordi gassvolumet er lavt, blir avstanden mellom gassmolekylene mindre. Når avstanden mellom molekylene blir mindre, tiltrekker molekylene hverandre. Det er som når du legger et stykke jern på en magnet. Hvis avstanden mellom magneten og jernet er stor nok, kan ikke magneten trekke jernet. Men hvis avstanden mellom magneten og jernet er liten, trekkes jernet nærmere.
Så gassmolekyler oppfører seg som en magnet. Når avstanden mellom molekylene er liten nok, trekkes molekylene sammen. Trekkkraften fører til at avstanden mellom molekylene kommer nærmere (gassvolumet blir mindre). Vanligvis skjer dette når gasstrykket er stort nok (stort trykk, lavt volum. Lite volum, avstanden mellom molekylene kommer nærmere). Derfor gir ikke den ideelle gassloven nøyaktige resultater når trykket og tettheten til den virkelige gassen er stor.
Diagram over trykk vs. trykkvolum
For å bedre forstå problemet ovenfor, la oss se på diagrammet, som angir forholdet mellom gasstrykk og volum. Kurvene 1, 2, 3 og 4 viser samme gassoppførsel ved forskjellige temperaturer. Gasstemperaturen vist i kurve 1 er høyere enn kurve 2. Gasstemperaturen vist i kurve 2 er høyere enn kurve 3. Gasstemperaturen vist i kurve 3 er høyere enn kurve 4. Kurven er skråstreken midt i diagrammet. Gasstemperaturen er alltid fast, noe som bare endrer trykket (P) og volumet (V) til gassen.
I følge den ideelle gassloven må linjen som starter fra nummer 1 ende i nummer 1. På samme måte må linjen som starter fra nummer 2 stoppe i nummer 2. Virkeligheten som oppleves av ekte gass er ikke den samme som i den ideelle gassloven. Når gasstrykket er stort nok, blir gassvolumet mindre og avviker fra den ideelle gasslovens prognose (sammenlign med kurve 1 og kurve 2). Mengden av gassvolumavvik avhenger også av temperaturen. Hvis temperaturen på gassen er lavere og nærmer seg smeltepunktet, også kjent som kokepunktet (punkt b), opplever gassen vanligvis et mer betydelig volumavvik enn når temperaturen er høyere (sammenlign kurve 1, 2, 3 og 4). Påvirket av tiltrekningen mellom gassmolekylene, som forklart tidligere.
Kurve 3 i diagrammet ovenfor viser hvordan et stoff oppfører seg ved dets kritiske temperatur. Punktet c som passeres av kurve tre kalles et kritisk punkt. Ved temperaturer høyere enn den kritiske temperaturen kan ikke gassformen endres til flytende form, selv om den utsettes for et betydelig trykk (sammenlign med kurve 2 og kurve 1). Trykket som gis gjør bare gassvolumet mindre, men kan ikke omdanne gassen til væske. Omvendt, ved temperaturer lavere enn den kritiske temperaturen, vil gassen endres til væske hvis den gis et absolutt trykk (sammenlign med kurve 3). Mengden trykk som kan gjøre gassen om til væske ved en kritisk temperatur er kjent som det kritiske trykket. Hvert stoff har en ulik kritisk temperatur og kritisk trykk.
Kurve 4 i diagrammet ovenfor viser prosessen med å gå fra gass til væske. Det skyggelagte området (som ligner et fjell) er et område der gass og væske er i likevekt. Først er gassvolumet stort. Etter at gasstrykket øker, blir gassvolumet mindre inntil det når punkt b (punkt b er smeltepunktet, også kjent som kokepunktet). Når det ankommer punkt b, begynner gassen å bli væske. Under prosessen med å gå fra gass til væske (fra punkt b til punkt a), blir volumet av stoffet mindre selv om det ikke er noen trykkeøkning (markert med en rett linje). Ved punkt a er alle gasser blitt til væske. Etter å ha kommet til punkt a, resulterer et tillegg av trykk på stoffet bare i en minimal volumendring (markert med en veldig bratt kurve).
I hverdagen bruker vi ofte begrepene damp og gass. For eksempel vanndamp eller nitrogengass. Vi refererer sjelden til vanndamp som vanngass, selv om vanndamp er gass fra vann. Det samme gjelder nitrogen, oksygen osv. Nitrogen eller oksygen blir ofte referert til som gass. Gass og damp har forskjellige betydninger. Hvis gassen fra et stoff er under materialets kritiske temperatur, kaller vi det damp. Omvendt, hvis gassen fra et stoff er over stoffets kritiske temperatur, kaller vi det en gass.
Diagram over trykk kontra temperatur (fasediagram)
Tidligere beskrevet stoffers oppførsel ved hjelp av et diagram over trykk kontra volum. I tillegg til å bruke PV-diagrammet, kan stoffers oppførsel forklares ved hjelp av diagrammet over trykk (P) kontra temperatur (T). PT-diagrammer blir ofte referert til som fasediagrammer. Kalles et fasediagram fordi dette diagrammet brukes til å sammenligne fasene til et stoff. Et av stoffene som ofte endrer fase er vann.
Det er tre kurver på diagrammet, nemlig fordampningskurver, smeltekurver og sublimeringskurver.
Fordampningskurven viser punktene der væsken og dampen er i likevekt. Punktet der væsken og dampen dannes i likevekt kalles smeltepunktet, også kjent som kokepunktet (kalles smeltepunktet fordi damp på dette punktet kan smelte og bli til vann. Kalles kokepunktet fordi vann på dette punktet kan koke og bli til damp). Dermed er fordampningskurven egentlig en graf som viser forholdet mellom trykk (P) og kokepunkt/smeltetemperatur. Det ser ut til at jo lavere trykk, desto lavere er temperaturen på vannets kokepunkt, eller jo høyere trykk, desto høyere er temperaturen på vannets kokepunkt. Ved et trykk på 1 atm er kokepunkttemperaturen til vannet 100 ° C. Omvendt, ved et trykk på 218 atm, er kokepunkttemperaturen til vannet = 374 ° C.
Et trykk på 218 atm kalles også det kritiske vanntrykket, mens en temperatur på 374 o C også kalles den kritiske vanntemperaturen. Hvis damptemperaturen er lavere enn 374 o C, kan damp endre fase til væske hvis den får et trykk på 374 o C. Trykk kan ikke gjøre dampen om til væske hvis temperaturen er høyere enn 218 o C.
Smeltekurven viser punktene der væsken og det faste stoffet er i likevekt. Punktet der væsken og det faste stoffet er i likevekt kalles smeltepunktet eller frysepunktet (kalles smeltepunktet fordi isen på dette punktet kan smelte til vann. Kalles et frysepunkt fordi vann på dette punktet kan fryse til is). Smeltekurven er dermed en graf som angir forholdet mellom trykk (P) og smeltepunkt eller frysetemperatur. Ved et trykk på 1 atm er frysepunktet for vann (eller smeltepunktet for is) = 0 ° C. I motsetning til trykket på 218 atm er frysepunktet for vann (eller smeltepunktet for is) mindre enn 0 ° C. Merk at ved et trykk på 1 atm er vann i væske hvis temperaturen er mellom 0 °C og 100 ° C. Vann er i det faste stoffet hvis temperaturen er mindre enn 0 ° C ved et trykk på 1 atm, eller vann er i dampen hvis temperaturen overstiger 100 ° C ved et trykk på 1 atm.
Sublimeringskurven viser punktene der fast stoff og damp er i likevekt 
Likevekt kalles sublimeringspunktet. Sublimeringskurven er derfor en graf som angir forholdet mellom trykk (P) og temperaturen i sublimeringspunktet. Sublimering er prosessen med å omdanne fast stoff til damp, uten å passere gjennom en væske. Vanligvis skjer sublimering bare ved lavt trykk. Is kan bare sublimere hvis temperaturen er mindre enn 0.01 oC og trykket er mindre enn 0.006 atm. Punktet der de tre kurvene skjærer hverandre kalles trippelpunktet.
Nedenfor er et fasediagram for karbondioksid. Merk at skalaen på vannfasediagrammet og karbondioksidfasediagrammet ikke er lineære.
