Članek o spremembah faze Kritična temperatura Trojna točka
V razpravi o zakonu idealnega plina je bilo pojasnjeno, da zakon idealnega plina natančno opisuje obnašanje realnega plina le, če tlak in gostota realnega plina nista prevelika. Če sta tlak in gostota realnega plina dovolj velika, zakon idealnega plina daje netočne rezultate, prav tako pa tudi, ko se temperatura realnega plina približa vrelišču. To je povezano z interakcijami, ki se pojavljajo med molekulami realnega plina. Tlak plina je obratno sorazmeren z volumnom plina. Ko je tlak plina dovolj velik, se volumna plina zmanjša. Ker je volumna plina majhna, se razdalja med molekulami plina zmanjša. Ko se razdalja med molekulami zmanjša, se molekule privlačijo. To je kot če bi kos železa položili na magnet. Če je razdalja med magnetom in železom dovolj velika, magnet ne more pritegniti železa. Če pa je razdalja med magnetom in železom majhna, se železo pritegne bližje.
Molekule plina se torej obnašajo kot magnet. Ko je razdalja med molekulami dovolj majhna, se molekule vlečejo skupaj. Vlečna sila povzroči, da se razdalja med molekulami zbliža (prostornina plina se zmanjša). Običajno se to zgodi, ko je tlak plina dovolj velik (velik tlak, majhna prostornina. Majhna prostornina, razdalja med molekulami se zbližuje). Zato zakon o idealnem plinu ne daje natančnih rezultatov, ko sta tlak in gostota realnega plina velika.
Diagram tlaka v primerjavi s tlakom in prostornino
Da bi bolje razumeli zgornji problem, si oglejmo diagram, ki prikazuje razmerje med tlakom plina in prostornino. Krivulje 1, 2, 3 in 4 prikazujejo enako obnašanje plina pri različnih temperaturah. Temperatura plina, prikazana na krivulji 1, je višja od krivulje 2. Temperatura plina, prikazana na krivulji 2, je višja od krivulje 3. Temperatura plina, prikazana na krivulji 3, je višja od krivulje 4. Krivulja je poševnica na sredini diagrama. Temperatura plina je vedno fiksna, kar spreminja le tlak (P) in prostornino (V) plina.
V skladu z zakonom o idealnem plinu se mora črta, ki se začne pri številki 1, končati pri številki 1. Prav tako se mora črta, ki se začne pri številki 2, končati pri številki 2. Resničnost, ki jo doživlja resnični plin, ni v skladu z napovedjo zakona o idealnem plinu. Ko je tlak plina dovolj velik, se prostornina plina zmanjša in odstopa od napovedi zakona o idealnem plinu (primerjaj s krivuljo 1 in krivuljo 2). Količina odstopanja prostornine plina je odvisna tudi od temperature. Če je temperatura plina nižja in se približuje tališču oziroma vrelišču (točka b), plin običajno doživi večje odstopanje prostornine kot pri višji temperaturi (primerjaj krivulje 1, 2, 3 in 4). Na to vpliva prisotnost privlačnosti med molekulami plina, kot je bilo pojasnjeno že prej.
Krivulja 3 na zgornjem diagramu prikazuje obnašanje snovi pri njeni kritični temperaturi. Točka c, ki jo prečka krivulja tri, se imenuje kritična točka. Pri temperaturah, višjih od kritične temperature, se plin ne more spremeniti v tekoče stanje, čeprav je pod precejšnjim tlakom (primerjaj s krivuljo 2 in krivuljo 1). Dodeljeni tlak le zmanjša prostornino plina, vendar ga ne more pretvoriti v tekočino. Nasprotno pa se pri temperaturah, nižjih od kritične temperature, plin spremeni v tekočino, če je pod absolutnim tlakom (primerjaj s krivuljo 3). Količina tlaka, ki lahko pri kritični temperaturi spremeni plin v tekočino, imenujemo kritični tlak. Vsaka snov ima drugačno kritično temperaturo in kritični tlak.
Krivulja 4 na zgornjem diagramu prikazuje proces prehoda iz plina v tekočino. Osenčeno območje (ki spominja na goro) je območje, kjer sta plin in tekočina v ravnovesju. Sprva je volumen plina velik. Ko se tlak plina poveča, se volumen plina zmanjša, dokler ne doseže točke b (točka b je tališče oziroma vrelišče). Ko doseže točko b, se plin začne spreminjati v tekočino. Med procesom prehoda iz plina v tekočino (od točke b do točke a) se volumen snovi zmanjša, čeprav se tlak ne poveča (označeno z ravno črto). V točki a so se vsi plini spremenili v tekočino. Po dosegu točke a dodajanje tlaka snovi povzroči le minimalno spremembo volumna (označeno z zelo strmo krivuljo).
V vsakdanjem življenju pogosto uporabljamo izraza para in plin. Na primer vodna para ali dušikov plin. Vodne pare skoraj nikoli ne imenujemo vodni plin, čeprav je vodna para plin iz vode. Podobno velja za dušik, kisik itd. Dušik ali kisik se običajno imenuje plin. Plin in para imata različen pomen. Če je plin iz snovi pod kritično temperaturo materiala, jo imenujemo para. Nasprotno, če je plin iz snovi nad kritično temperaturo snovi, jo imenujemo plin.
Diagram tlaka v odvisnosti od temperature (fazni diagram)
Prej je bilo opisano obnašanje snovi z uporabo diagrama tlaka v odvisnosti od prostornine. Poleg PV diagrama lahko obnašanje snovi razložimo tudi z diagramom tlaka (P) v odvisnosti od temperature (T). PT diagrami se običajno imenujejo fazni diagrami. Fazni diagrami se imenujejo zato, ker se uporabljajo za primerjavo faz snovi. Ena od snovi, ki pogosto spreminja fazno stanje, je voda.
Na diagramu so tri krivulje, in sicer krivulje izhlapevanja, krivulje taljenja in krivulje sublimacije.
Krivulja izhlapevanja prikazuje točke, kjer sta tekočina in para v ravnovesju. Točka, kjer sta tekočina in para v ravnovesju, se imenuje tališče oziroma vrelišče (imenovano tališče, ker se na tej točki para lahko stopi in spremeni v vodo. Imenuje se vrelišče, ker lahko na tej točki voda zavre in se spremeni v paro). Krivulja izhlapevanja je torej pravzaprav graf, ki prikazuje razmerje med tlakom (P) in vreliščem/tališčem. Zdi se, da manjši kot je tlak, nižja je temperatura vrelišča vode, oziroma višji kot je tlak, višja je temperatura vrelišča vode. Pri tlaku 1 atm je temperatura vrelišča vode 100 ° C. Nasprotno pa je pri tlaku 218 atm temperatura vrelišča vode = 374 ° C.
Tlak 218 atm se imenuje tudi kritični tlak vode, medtem ko se temperatura 374 ° C imenuje tudi kritična temperatura vode. Če je temperatura pare nižja od 374 ° C, lahko para spremeni svoje agregatno stanje v tekočino, če ji damo tlak 374 ° C. Tlak ne more spremeniti pare v tekočino, če je temperatura višja od 218 ° C.
Krivulja taljenja prikazuje točke, kjer sta tekočina in trdna snov v ravnovesju. Točka, kjer sta tekočina in trdna snov v ravnovesju, se imenuje tališče ali ledišče (imenovano tališče, ker se na tej točki led lahko stopi v vodo. Imenuje se ledišče, ker se na tej točki voda lahko zmrzne v led). Krivulja taljenja je torej graf, ki prikazuje razmerje med tlakom (P) in tališčem ali temperaturo ledišča. Pri tlaku 1 atm je ledišče vode (ali tališče ledu) = 0 ° C. V nasprotju s tlakom 218 atm je ledišče vode (ali tališče ledu) manjše od 0 ° C. Upoštevajte, da je pri tlaku 1 atm voda v tekočini, če je temperatura med 0 °C in 100 ° C. Voda je v trdni snovi, če je pri tlaku 1 atm temperatura manjša od 0 ° C, ali pa je voda v pari, če pri tlaku 1 atm temperatura preseže 100 ° C.
Sublimacijska krivulja prikazuje točke, kjer sta trdna snov in para v ravnovesju. 
ravnotežje se imenuje točka sublimacije. Sublimacijska krivulja je torej graf, ki prikazuje razmerje med tlakom (P) in temperaturo točke sublimacije. Sublimacija je proces pretvorbe trdne snovi v paro, ne da bi pri tem prehajala skozi tekočino. Običajno se sublimacija pojavi le pri nizkem tlaku. Led lahko sublimira le, če je temperatura nižja od 0.01. oC in tlak je manjši od 0.006 atm. Točka, kjer se tri krivulje sekajo, se imenuje trojna točka.
Spodaj je fazni diagram ogljikovega dioksida. Upoštevajte, da lestvica na faznem diagramu vode in faznem diagramu ogljikovega dioksida ni linearna.
