Artikel om fasförändringar Kritisk temperatur Trippelpunkt
I diskussionen om den ideala gaslagen har det förklarats att den ideala gaslagen beskriver beteendet hos verklig gas korrekt endast när trycket och densiteten hos den verkliga gasen inte är för stora. Om trycket och den verkliga gasdensiteten är tillräckligt stora ger den ideala gaslagen felaktiga resultat, likaså när temperaturen hos den verkliga gasen närmar sig kokpunkten. Detta är relaterat till de interaktioner som sker mellan verkliga gasmolekyler. Gastrycket är omvänt proportionellt mot gasvolymen. När gastrycket är tillräckligt stort blir gasvolymen mindre. Eftersom gasvolymen är låg blir avståndet mellan gasmolekylerna närmare. När avståndet mellan molekylerna blir närmare attraherar molekylerna varandra. Det är som när man sätter en bit järn på en magnet. Om avståndet mellan magneten och järnet är tillräckligt långt kan magneten inte dra järn. Men om avståndet mellan magneten och järnet är kort dras järnet närmare.
Så beter sig gasmolekyler som en magnet. När avståndet mellan molekylerna är tillräckligt nära, dras molekylerna samman. Dragkraften gör att avståndet mellan molekylerna närmar sig (gasvolymen blir mindre). Vanligtvis händer detta när gastrycket är tillräckligt stort (stort tryck, låg volym. Liten volym, avståndet mellan molekylerna närmar sig). Därför ger inte den ideala gaslagen exakta resultat när trycket och densiteten hos den verkliga gasen är stor.
Diagram över tryck kontra tryckvolym
För att bättre förstå problemet ovan, låt oss granska diagrammet, som anger sambandet mellan gastryck och volym. Kurvorna 1, 2, 3 och 4 visar samma gasbeteende vid olika temperaturer. Gastemperaturen som visas i kurva 1 är högre än kurva 2. Gastemperaturen som visas i kurva 2 är högre än kurva 3. Gastemperaturen som visas i kurva 3 är högre än kurva 4. Kurvan är snedstrecket i mitten av diagrammet. Gastemperaturen är alltid fast, vilket endast ändrar gasens tryck (P) och volym (V).
Enligt den ideala gaslagen måste linjen som börjar från nummer 1 sluta i nummer 1. Likaså måste linjen som börjar från nummer 2 sluta vid nummer 2. Den verklighet som upplevs av en verklig gas motsvarar inte den som ideala gaslagen förutsäger. När gastrycket är tillräckligt stort blir gasvolymen mindre och avviker från den ideala gaslagen (jämför med kurva 1 och kurva 2). Storleken på gasvolymavvikelsen beror också på temperaturen. Om gasens temperatur är lägre och närmar sig smältpunkten, dvs. kokpunkten (punkt b), upplever gasen vanligtvis en mer signifikant volymavvikelse än när temperaturen är högre (jämför kurvorna 1, 2, 3 och 4). Påverkas av förekomsten av attraktion mellan gasmolekylerna, som förklarats tidigare.
Kurva 3 i diagrammet ovan visar ett ämnes beteende vid dess kritiska temperatur. Punkten c som passeras av kurva tre kallas en kritisk punkt. Vid temperaturer högre än den kritiska temperaturen kan gasens form inte övergå till flytande form, även om den utsätts för ett avsevärt tryck (jämför med kurva 2 och kurva 1). Det givna trycket gör bara gasvolymen mindre, men kan inte omvandla gasen till vätska. Omvänt, vid temperaturer lägre än den kritiska temperaturen, kommer gasen att övergå till vätska om ett absolut tryck ges (jämför med kurva 3). Den mängd tryck som kan omvandla gasen till vätska vid en kritisk temperatur kallas det kritiska trycket. Varje ämne har en annan kritisk temperatur och kritiskt tryck.
Kurva 4 i diagrammet ovan visar processen att övergå från gas till vätska. Det skuggade området (som liknar ett berg) är ett område där gas och vätska är i jämvikt. Till en början är gasvolymen stor. Efter att gastrycket ökat blir gasvolymen mindre tills den når punkt b (punkt b är smältpunkten, även känd som kokpunkten). När den når punkt b börjar gasen övergå till vätska. Under processen att övergå från gas till vätska (från punkt b till punkt a) blir ämnets volym mindre trots att det inte sker någon tryckökning (markerad med en rak linje). Vid punkt a har alla gaser övergått till vätska. Efter att ha nått punkt a resulterar ett ökat tryck på ämnet endast i en minimal volymförändring (markerad med en mycket brant kurva).
I vardagen använder vi ofta termerna ånga och gas. Till exempel vattenånga eller kvävgas. Vi refererar sällan till vattenånga som vattengas, trots att vattenånga är gas från vatten. Likaså med kväve, syre, etc. Kväve eller syre kallas vanligtvis gas. Gas och ånga har olika betydelser. Om gasen från ett ämne är under materialets kritiska temperatur, kallar vi det ånga. Omvänt, om gasen från ett ämne är över ämnets kritiska temperatur, kallar vi det en gas.
Diagram över tryck kontra temperatur (fasdiagram)
Tidigare har ämnens beteende beskrivits med hjälp av ett diagram över tryck kontra volym. Förutom att använda PV-diagrammet kan ämnens beteende förklaras med hjälp av diagrammet över tryck (P) kontra temperatur (T). PT-diagram kallas vanligtvis fasdiagram. Kallas fasdiagram eftersom detta diagram används för att jämföra ett ämnes faser. Ett av de ämnen som ofta ändrar fas är vatten.
Det finns tre kurvor i diagrammet, nämligen avdunstningskurvor, smältkurvor och sublimeringskurvor.
Avdunstningskurvan visar de punkter där vätska och ånga är i jämvikt. Punkten där vätska och ånga bildas är i jämvikt kallas smältpunkten, även känd som kokpunkten (kallas smältpunkt eftersom ånga vid denna punkt kan smälta och övergå till vatten. Kallas kokpunkt eftersom vatten vid denna punkt kan koka och övergå till ånga). Således är avdunstningskurvan egentligen ett diagram som anger förhållandet mellan tryck (P) och kokpunkt/smälttemperatur. Det verkar som att ju lägre trycket är, desto lägre är vattnets kokpunktstemperatur, eller ju högre trycket är, desto högre är vattnets kokpunktstemperatur. Vid ett tryck på 1 atm är vattnets kokpunktstemperatur 100 ° C. Omvänt, vid ett tryck på 218 atm är vattnets kokpunktstemperatur = 374 ° C.
Ett tryck på 218 atm kallas också för vattenets kritiska tryck, medan en temperatur på 374 ° C också kallas för vattenets kritiska temperatur. Om ångtemperaturen är lägre än 374 ° C kan ånga ändra fas till vätska om den ges ett tryck på 374 ° C. Tryck kan inte omvandla ångan till vätska om temperaturen är högre än 218 ° C.
Smältkurvan visar de punkter där vätskan och det fasta ämnet är i jämvikt. Punkten där vätskan och det fasta ämnet är i jämvikt kallas smältpunkten eller fryspunkten (kallas smältpunkten eftersom is vid denna punkt kan smälta till vatten. Kallas fryspunkt eftersom vatten vid denna punkt kan frysa till is). Smältkurvan är således ett diagram som anger förhållandet mellan tryck (P) och smältpunkt eller frystemperatur. Vid ett tryck på 1 atm är fryspunkten för vatten (eller isens smältpunkt) = 0 ° C. Till skillnad från trycket 218 atm är fryspunkten för vatten (eller isens smältpunkt) lägre än 0 ° C. Observera att vid ett tryck på 1 atm är vatten flytande om temperaturen är mellan 0 °C och 100 ° C. Vatten finns i det fasta ämnet om temperaturen är lägre än 0 ° C vid ett tryck på 1 atm, eller vatten finns i ångan om temperaturen överstiger 100 ° C vid ett tryck på 1 atm.
Sublimeringskurvan visar de punkter där fast ämne och ånga är i jämvikt 
Jämviktsläget kallas sublimeringspunkten. Sublimeringskurvan är alltså ett diagram som anger förhållandet mellan tryck (P) och temperaturen vid sublimeringspunkten. Sublimering är processen att omvandla ett fast ämne till ånga, utan att passera genom en vätska. Vanligtvis sker sublimering endast vid lågt tryck. Is kan bara sublimera om temperaturen är lägre än 0.01 oC och trycket är mindre än 0.006 atm. Punkten där de tre kurvorna skär varandra kallas trippelpunkten.
Nedan visas ett fasdiagram för koldioxid. Observera att skalan på vattenfasdiagrammet och koldioxidfasdiagrammet inte är linjär.
