Стаття про зміни фази Критична температура Потрійна точка
В обговоренні закону ідеального газу було пояснено, що закон ідеального газу точно описує поведінку реального газу лише тоді, коли тиск і густина реального газу не надто великі. Якщо тиск і густина реального газу достатньо великі, закон ідеального газу дає неточні результати, так само, коли температура реального газу наближається до точки кипіння. Це пов'язано з взаємодіями, що відбуваються між молекулами реального газу. Тиск газу обернено пропорційний об'єму газу. Коли тиск газу достатньо великий, об'єм газу зменшується. Оскільки об'єм газу малий, відстань між молекулами газу зменшується. Коли відстань між молекулами зменшується, молекули притягуються одна до одної. Це як коли ви кладете шматок заліза на магніт. Якщо відстань між магнітом і залізом достатньо велика, магніт не може притягувати залізо. Але якщо відстань між магнітом і залізом близька, залізо притягується ближче.
Отже, молекули газу поводяться як магніт. Коли відстань між молекулами достатньо близька, молекули притягуються одна до одної. Сила тяжіння призводить до зближення відстані між молекулами (об'єм газу зменшується). Зазвичай це відбувається, коли тиск газу достатньо великий (великий тиск, малий об'єм. Малий об'єм, відстань між молекулами зближується). Тому закон ідеального газу не дає точних результатів, коли тиск і густина реального газу великі.
Діаграма залежності тиску від тиску та об'єму
Щоб краще зрозуміти наведену вище задачу, розглянемо діаграму, яка показує залежність між тиском газу та об'ємом. Криві 1, 2, 3 та 4 показують однакову поведінку газу за різних температур. Температура газу, показана на кривій 1, вища, ніж на кривій 2. Температура газу, показана на кривій 2, вища, ніж на кривій 3. Температура газу, показана на кривій 3, вища, ніж на кривій 4. Крива - це коса лінія посередині діаграми. Температура газу завжди фіксована, що змінює лише тиск (P) та об'єм (V) газу.
Згідно з законом ідеального газу, лінія, що починається з цифри 1, повинна закінчуватися цифрою 1. Аналогічно, лінія, що починається з цифри 2, повинна закінчуватися на цифрі 2. Реальність, яку відчуває реальний газ, не відповідає прогнозу закону ідеального газу. Коли тиск газу достатньо великий, об'єм газу зменшується та відхиляється від прогнозу закону ідеального газу (порівняйте з кривою 1 та кривою 2). Величина відхилення об'єму газу також залежить від температури. Якщо температура газу нижча та наближається до точки плавлення, тобто точки кипіння (точка b), газ зазвичай зазнає значного відхилення об'єму, ніж коли температура вища (порівняйте криві 1, 2, 3 та 4). На це впливає наявність притягання між молекулами газу, як пояснювалося раніше.
Крива 3 на діаграмі вище показує поведінку речовини за її критичної температури. Точка c, яку проходить крива три, називається критичною точкою. За температур вищих за критичну температуру газоподібна форма не може перейти в рідку, навіть якщо на неї надається значний тиск (порівняйте з кривою 2 та кривою 1). Наданий тиск лише зменшує об'єм газу, але не може перетворити його на рідину. І навпаки, за температур нижчих за критичну температуру газ перетвориться на рідину, якщо на нього надавати абсолютний тиск (порівняйте з кривою 3). Величина тиску, яка може перетворити газ на рідину за критичної температури, відома як критичний тиск. Кожна речовина має різну критичну температуру та критичний тиск.
Крива 4 на діаграмі вище показує процес переходу з газоподібного стану в рідкий. Затінена область (що нагадує гору) – це область, де газ і рідина знаходяться в рівновазі. Спочатку об'єм газу великий. Після збільшення тиску газу об'єм газу зменшується, доки не досягне точки b (точка b – це точка плавлення, тобто точка кипіння). Коли він досягає точки b, газ починає перетворюватися на рідину. Під час процесу переходу з газоподібного стану в рідину (від точки b до точки a) об'єм речовини зменшується, навіть якщо тиск не збільшується (позначено прямою лінією). У точці a всі гази перетворилися на рідину. Після досягнення точки a збільшення тиску до речовини призводить лише до мінімальної зміни об'єму (позначено дуже крутою кривою).
У повсякденному житті ми часто використовуємо терміни пара та газ. Наприклад, водяна пара або газоподібний азот. Ми майже ніколи не називаємо водяну пару водяним газом, хоча водяна пара — це газ з води. Так само як і з азотом, киснем тощо. Азот або кисень зазвичай називають газом. Газ і пара мають різні значення. Якщо газ з речовини знаходиться нижче критичної температури матеріалу, то ми називаємо це парою. І навпаки, якщо газ з речовини знаходиться вище критичної температури речовини, то ми називаємо це газом.
Діаграма залежності тиску від температури (фазова діаграма)
Раніше було описано поведінку речовин за допомогою діаграми тиску та об'єму. Окрім використання PV-діаграми, поведінку речовин можна пояснити за допомогою діаграми тиску (P) та температури (T). PT-діаграми зазвичай називають фазовими діаграмами. Їх називають фазовою діаграмою, оскільки ця діаграма використовується для порівняння фаз речовини. Однією з речовин, яка часто змінює фазу, є вода.
На діаграмі є три криві, а саме криві випаровування, криві плавлення та криві сублімації.
Крива випаровування показує точки, де рідина та пара перебувають у рівновазі. Точка, де рідина та пара перебувають у рівновазі, називається точкою плавлення, також відомою як точка кипіння (точка плавлення, тому що в цій точці пара може плавитися та перетворюватися на воду). Отже, крива випаровування... насправді це графік, який показує залежність між тиском (P) і температурою кипіння / температурою плавлення. Здається, що чим менший тиск, тим нижча температура кипіння води, або чим вищий тиск, тим вища температура кипіння води. При тиску 1 атм температура кипіння води становить 100 oC. І навпаки, при тиску 218 атм температура кипіння води = 374 oC.
Тиск 218 атм також називають критичним тиском води, тоді як температура становить 374 oC також називають критичною температурою води. Якщо температура пари менша за 374 oC, тоді пара може змінити свою фазу на рідку, якщо їй надати тиск 374 oC. Тиск не може перетворити пару на рідину, якщо температура вища за 218°F. oC.
Крива плавлення показує точки, де рідина та тверда речовина знаходяться в рівновазі. Точка, де рідина та тверда речовина знаходяться в рівновазі, називається точкою плавлення або точкою замерзання (називається точкою плавлення, тому що в цій точці лід може розтанути, перетворюючись на воду. Називається точкою замерзання, тому що в цій точці вода може замерзнути, перетворюючись на лід). Таким чином, крива плавлення - це графік, який показує залежність між тиском (P) та точкою плавлення або температурою замерзання. При тиску 1 атм точка замерзання води (або точка плавлення льоду) = 0 oC. На відміну від тиску 218 атм, температура замерзання води (або температура плавлення льоду) менша за 0 oC. Зверніть увагу, що за тиску 1 атм вода перебуває в рідкому стані, якщо температура знаходиться в межах від 0°C до 100°C. oC. Вода знаходиться у твердому тілі, якщо за тиску 1 атм температура нижча за 0 oC або вода знаходиться в парі, якщо при тиску 1 атм температура перевищує 100 oC.
Крива сублімації показує точки, де тверда речовина та пара знаходяться в рівновазі 
Рівновага називається точкою сублімації. Таким чином, крива сублімації — це графік, який показує залежність між тиском (P) і температурою точки сублімації. Сублімація — це процес перетворення твердої речовини на пару без проходження через рідину. Зазвичай сублімація відбувається лише за низького тиску. Лід може сублімуватися лише за температури нижче 0.01. oC, а тиск менше 0.006 атм. Точка, де перетинаються три криві, називається потрійною точкою.
Нижче наведено фазову діаграму вуглекислого газу. Зверніть увагу, що масштаб на фазовій діаграмі води та фазовій діаграмі вуглекислого газу не є лінійним.
