Článok o fázových zmenách Kritická teplota Trojný bod
V diskusii o zákone ideálneho plynu bolo vysvetlené, že zákon ideálneho plynu presne opisuje správanie reálneho plynu iba vtedy, keď tlak a hustota reálneho plynu nie sú príliš veľké. Ak sú tlak a hustota reálneho plynu dostatočne veľké, zákon ideálneho plynu poskytuje nepresné výsledky, rovnako aj keď sa teplota reálneho plynu blíži k bodu varu. Súvisí to s interakciami, ktoré prebiehajú medzi molekulami reálneho plynu. Tlak plynu je nepriamo úmerný objemu plynu. Keď je tlak plynu dostatočne veľký, objem plynu sa zmenšuje. Pretože objem plynu je malý, vzdialenosť medzi molekulami plynu sa zmenšuje. Keď sa vzdialenosť medzi molekulami zmenšuje, molekuly sa navzájom priťahujú. Je to ako keď položíte kus železa na magnet. Ak je vzdialenosť medzi magnetom a železom dostatočne veľká, magnet nemôže železo priťahovať. Ak je však vzdialenosť medzi magnetom a železom blízka, železo sa priťahuje bližšie.
Molekuly plynu sa teda správajú ako magnet. Keď je vzdialenosť medzi molekulami dostatočne malá, molekuly sa k sebe priťahujú. Ťažná sila spôsobuje, že vzdialenosť medzi molekulami sa približuje (objem plynu sa zmenšuje). Zvyčajne sa to stáva, keď je tlak plynu dostatočne veľký (veľký tlak, malý objem. Malý objem, vzdialenosť medzi molekulami sa približuje). Preto zákon o ideálnom plyne neposkytuje presné výsledky, keď sú tlak a hustota reálneho plynu veľké.
Diagram tlaku vs. objemu tlaku
Pre lepšie pochopenie vyššie uvedeného problému si pozrime diagram, ktorý znázorňuje vzťah medzi tlakom plynu a objemom. Krivky 1, 2, 3 a 4 zobrazujú rovnaké správanie plynu pri rôznych teplotách. Teplota plynu zobrazená na krivke 1 je vyššia ako krivka 2. Teplota plynu zobrazená na krivke 2 je vyššia ako krivka 3. Teplota plynu zobrazená na krivke 3 je vyššia ako krivka 4. Krivka je čiara v strede diagramu. Teplota plynu je vždy fixná, čo mení iba tlak (P) a objem (V) plynu.
Podľa zákona o ideálnom plyne musí čiara začínajúca od čísla 1 končiť v bode 1. Podobne musí čiara začínajúca od čísla 2 končiť v bode 2. Realita, ktorú zažíva skutočný plyn, nie je predpoveďou zákona o ideálnom plyne. Keď je tlak plynu dostatočne veľký, objem plynu sa zmenší a odchýli sa od predpovede zákona o ideálnom plyne (porovnaj krivku 1 a krivku 2). Veľkosť odchýlky objemu plynu závisí aj od teploty. Ak je teplota plynu nižšia a blíži sa k bodu topenia, teda bodu varu (bod b), plyn zvyčajne vykazuje výraznejšiu objemovú odchýlku ako pri vyššej teplote (porovnaj krivky 1, 2, 3 a 4). Je to ovplyvnené prítomnosťou príťažlivosti medzi molekulami plynu, ako bolo vysvetlené vyššie.
Krivka 3 na diagrame vyššie znázorňuje správanie látky pri jej kritickej teplote. Bod c, ktorým prechádza krivka tri, sa nazýva kritický bod. Pri teplotách vyšších ako kritická teplota sa plyn nemôže zmeniť na kvapalnú formu, aj keď je naň vyvíjaný značný tlak (porovnaj s krivkou 2 a krivkou 1). Vyvinutý tlak iba zmenšuje objem plynu, ale nemôže ho premeniť na kvapalinu. Naopak, pri teplotách nižších ako kritická teplota sa plyn zmení na kvapalinu, ak je naň vyvíjaný absolútny tlak (porovnaj s krivkou 3). Množstvo tlaku, ktoré dokáže premeniť plyn na kvapalinu pri kritickej teplote, sa nazýva kritický tlak. Každá látka má inú kritickú teplotu a kritický tlak.
Krivka 4 na diagrame vyššie znázorňuje proces premeny z plynu na kvapalinu. Tieňovaná oblasť (pripomínajúca horu) je oblasť, kde sú plyn a kvapalina v rovnováhe. Spočiatku je objem plynu veľký. Po zvýšení tlaku plynu sa objem plynu zmenšuje, až kým nedosiahne bod b (bod b je bod topenia, teda bod varu). Keď dosiahne bod b, plyn sa začne meniť na kvapalinu. Počas procesu premeny plynu na kvapalinu (z bodu b do bodu a) sa objem látky zmenšuje, aj keď nedochádza k zvýšeniu tlaku (označené priamkou). V bode a sa všetky plyny premenili na kvapalinu. Po dosiahnutí bodu a vedie zvýšenie tlaku k látke iba k minimálnej zmene objemu (označené veľmi strmou krivkou).
V každodennom živote často používame pojmy para a plyn. Napríklad vodná para alebo plynný dusík. Vodnú paru takmer nikdy neodkazujeme na vodný plyn, hoci vodná para je plyn z vody. Podobne je to s dusíkom, kyslíkom atď. Dusík alebo kyslík sa bežne označuje ako plyn. Plyn a para majú rôzne významy. Ak je plyn z látky pod kritickou teplotou materiálu, nazývame ju para. Naopak, ak je plyn z látky nad kritickou teplotou látky, nazývame ju plyn.
Diagram tlaku v závislosti od teploty (fázový diagram)
V predchádzajúcom texte bolo opísané správanie látok pomocou diagramu tlaku v závislosti od objemu. Okrem použitia PV diagramu možno správanie látok vysvetliť aj pomocou diagramu tlaku (P) v závislosti od teploty (T). PT diagramy sa bežne označujú ako fázové diagramy. Nazývajú sa fázový diagram, pretože sa používajú na porovnanie fáz látky. Jednou z látok, ktorá často mení fázové skupenstvo, je voda.
Na diagrame sú tri krivky, a to krivky vyparovania, krivky topenia a krivky sublimácie.
Krivka odparovania zobrazuje body, kde sú kvapalina a para v rovnováhe. Bod, kde sú kvapalina a para v rovnováhe, sa nazýva bod topenia, známy aj ako bod varu (nazýva sa bod topenia, pretože v tomto bode sa para môže topiť a premieňať na vodu. Nazýva sa bod varu, pretože v tomto bode môže voda vrieť a premieňať sa na paru). Krivka odparovania je teda v skutočnosti graf, ktorý znázorňuje vzťah medzi tlakom (P) a bodom varu/teplotou topenia. Zdá sa, že čím menší je tlak, tým nižšia je teplota bodu varu vody, alebo čím vyšší je tlak, tým vyššia je teplota bodu varu vody. Pri tlaku 1 atm je teplota bodu varu vody 100 ° C. Naopak, pri tlaku 218 atm je teplota bodu varu vody = 374 ° C.
Tlak 218 atm sa nazýva aj kritický tlak vody, zatiaľ čo teplota 374 ° C sa nazýva aj kritická teplota vody. Ak je teplota pary nižšia ako 374 ° C, para môže zmeniť svoje skupenstvo na kvapalné, ak jej je pridaný tlak 374 ° C. Tlak nemôže zmeniť paru na kvapalinu, ak je teplota vyššia ako 218 ° C.
Krivka topenia zobrazuje body, kde sú kvapalina a tuhá látka v rovnováhe. Bod, kde sú kvapalina a tuhá látka v rovnováhe, sa nazýva bod topenia alebo bod tuhnutia (nazýva sa bod topenia, pretože v tomto bode sa ľad môže roztopiť na vodu. Nazýva sa bod tuhnutia, pretože v tomto bode môže voda zamrznúť na ľad). Krivka topenia je teda graf, ktorý znázorňuje vzťah medzi tlakom (P) a bodom topenia alebo teplotou tuhnutia. Pri tlaku 1 atm je bod tuhnutia vody (alebo bod topenia ľadu) = 0 ° C. Na rozdiel od tlaku 218 atm je bod tuhnutia vody (alebo bod topenia ľadu) nižší ako 0 ° C. Treba poznamenať, že pri tlaku 1 atm je voda v kvapaline, ak je teplota medzi 0 °C a 100 ° C. Voda je v tuhej látke, ak je pri tlaku 1 atm teplota nižšia ako 0 ° C, alebo voda je v pare, ak pri tlaku 1 atm teplota presiahne 100 ° C.
Sublimačná krivka zobrazuje body, v ktorých sú tuhá látka a para v rovnováhe. 
Rovnováha sa nazýva sublimačný bod. Sublimačná krivka je teda graf, ktorý znázorňuje vzťah medzi tlakom (P) a teplotou sublimačného bodu. Sublimácia je proces premeny pevnej látky na paru bez prechodu kvapalinou. Sublimácia zvyčajne prebieha iba pri nízkom tlaku. Ľad môže sublimovať iba vtedy, ak je teplota nižšia ako 0.01. oC a tlak je menší ako 0.006 atm. Bod, kde sa tieto tri krivky pretínajú, sa nazýva trojný bod.
Nižšie je uvedený fázový diagram oxidu uhličitého. Upozorňujeme, že mierka na fázovom diagrame vody a fázovom diagrame oxidu uhličitého nie je lineárna.
