Hittil har vi vurdert oppførselen til ideelle gasser. Ekte gasser er som ideelle gasser ved høye temperaturer. Ved lavere temperaturer kan imidlertid samspillet mellom molekylene og deres volumer ikke ignoreres. Molekylene er svært nær (kondensasjon oppstår) og det er en dramatisk reduksjon i volum, som vist I Figur 1. Stoffet endres fra en gass til en væske. Når en væske avkjøles til enda lavere temperaturer, blir det et fast stoff. Volumet når aldri null på grunn av det endelige volumet av molekylene.

Figur 1. En skisse av volum versus temperatur for en ekte gass ved konstant trykk. Den lineære (rette linjen) delen av grafen representerer ideell gassadferd-volum og temperatur er direkte og positivt relatert, og linjen ekstrapolerer til nullvolum ved -273,15 ºC, eller absolutt null. Når gassen blir en væske, derimot, volumet faktisk avtar precipitously på flytendegjøringspunktet. Volumet avtar litt når stoffet er fast, men det blir aldri null.

Høyt trykk kan også føre til at en gass endrer fase til en væske. Kullsyre er for eksempel en gass ved romtemperatur og atmosfærisk trykk, men blir en væske under tilstrekkelig høyt trykk. Hvis trykket reduseres, faller temperaturen og det flytende karbondioksidet størkner til et snølignende stoff ved temperaturen-78º. Solid CO2 kalles » tørris.»Et annet eksempel på en gass som kan være i en flytende fase er flytende nitrogen (LN2). LN2 er laget ved kondensering av atmosfærisk luft (gjennom kompresjon og kjøling). Den koker ved 77 K (–196º) ved atmosfærisk trykk. LN2 er nyttig som kjølemiddel og muliggjør bevaring av blod, sæd og andre biologiske materialer. Det brukes også til å redusere støy i elektroniske sensorer og utstyr, og for å kjøle ned sine strømførende ledninger. I dermatologi BRUKES LN2 til å fryse og smertefritt fjerne vorter og andre vekst fra huden.

Pv-Diagrammer

Vi kan undersøke aspekter av oppførselen til et stoff ved å plotte en graf av trykk mot volum, kalt ET PV-diagram. Når stoffet oppfører seg som en ideell gass, beskriver den ideelle gassloven forholdet mellom trykk og volum. DET vil si, PV = nkt (ideell gass).

nå, forutsatt at antall molekyler og temperaturen er løst, PV = konstant (ideell gass, konstant temperatur).

for eksempel vil volumet av gassen reduseres etter hvert som trykket øker. Hvis du plotter forholdet PV = konstant på ET PV-diagram, finner du en hyperbola. Figur 2 viser en graf av trykk versus volum. Hyperbolene representerer ideell gassadferd ved ulike faste temperaturer, og kalles isotermer. Ved lavere temperaturer begynner kurvene å se mindre ut som hyperboler-gassen oppfører seg ikke ideelt og kan til og med inneholde væske. Det er et kritisk punkt—det vil si en kritisk temperatur-over hvilken væske ikke kan eksistere. Ved tilstrekkelig høyt trykk over det kritiske punktet vil gassen ha tetthet av en væske, men vil ikke kondensere. Karbondioksid kan for eksempel ikke bli flytende ved en temperatur over 31,0 º. Kritisk trykk er minimumstrykket som trengs for at væske skal eksistere ved kritisk temperatur. Tabell 1 viser representative kritiske temperaturer og trykk.

Figur 2. Pv diagrammer. (a) hver kurve (isoterm) representerer forholdet Mellom P og V ved en fast temperatur; de øvre kurvene er ved høyere temperaturer. De nedre kurvene er ikke hyperboler, fordi gassen ikke lenger er en ideell gass. (b) en utvidet del av diagrammet for lave temperaturer, hvor fasen kan endres fra en gass til en væske. Begrepet «damp» refererer til gassfasen når den eksisterer ved en temperatur under koketemperaturen.

º c

Fasediagrammer

plott av trykk mot temperaturer gir betydelig innsikt i stoffers termiske egenskaper. DET er veldefinerte regioner på disse grafene som tilsvarer ulike faser av materie, SÅ PT-grafer kalles fasediagrammer. Figur 3 viser fasediagrammet for vann. Ved hjelp av grafen, hvis du vet trykk og temperatur, kan du bestemme fasen av vann. De faste linjene-grenser mellom faser-indikerer temperaturer og trykk hvor fasene sameksisterer(det vil si at de eksisterer sammen i forhold, avhengig av trykk og temperatur). For eksempel er kokepunktet FOR vann 100º ved 1.00 atm. Etter hvert som trykket øker, stiger koketemperaturen jevnt TIL 374º ved et trykk på 218 atm. En trykkoker (eller til og med en overbygd gryte) vil lage mat raskere fordi vannet kan eksistere som en væske ved temperaturer over 100º uten at alt kokes bort. Kurven slutter på et punkt som kalles kritisk punkt, fordi ved høyere temperaturer eksisterer væskefasen ikke ved noe trykk. Det kritiske punktet oppstår ved kritisk temperatur, som du kan se for vann fra Tabell 1. Den kritiske temperaturen for oksygen er-118º, slik at oksygen ikke kan bli flytende over denne temperaturen.

Figur 3. Fasediagrammet (PT-grafen) for vann. Merk at aksene er ikke-lineære og grafen ikke skal skaleres. Denne grafen er forenklet—det er flere andre eksotiske isfaser ved høyere trykk.

på samme måte gir kurven mellom de faste og flytende områdene I Figur 3 smeltetemperaturen ved forskjellige trykk. For eksempel er smeltepunktet 0º ved 1.00 atm, som forventet. Merk at ved en fast temperatur kan du endre fasen fra fast (is) til væske (vann) ved å øke trykket. Is smelter fra trykk i hendene på en snøballmaker. Fra fasediagrammet kan vi også si at smeltetemperaturen på is stiger med økt trykk. Når en bil kjøres over snø, smelter det økte trykket fra dekkene snøflakene; etterpå smelter vannet og danner et islag.

ved tilstrekkelig lavt trykk er det ingen væskefase, men stoffet kan eksistere som enten gass eller fast stoff. For vann er det ingen væskefase ved trykk under 0.00600 atm. Faseendringen fra fast til gass kalles sublimering. Det står for store tap av snøpakke som aldri gjør det til en elv, rutinemessig automatisk avriming av en fryser og frysetørkingsprosessen som brukes på mange matvarer. Kullsyre, derimot, sublimerer ved standard atmosfærisk trykk på 1 atm. (Den faste FORMEN AV CO2 er kjent som tøris fordi den ikke smelter. I stedet beveger den seg direkte fra fast stoff til gass tilstand.)

alle tre kurver på fasediagrammet møtes på et enkelt punkt, trippelpunktet, hvor alle tre faser eksisterer i likevekt. For vann oppstår trippelpunktet ved 273,16 K (0.01º), og er en mer nøyaktig kalibreringstemperatur enn smeltepunktet for vann ved 1.00 atm, eller 273.15 K (0.0 º). Se Tabell 2 for trippelpunktsverdiene for andre stoffer.

Likevekt

Væske-og gassfaser er i likevekt ved koketemperaturen. (Se Figur 4.) Hvis et stoff er i en lukket beholder ved kokepunktet, kokes væsken og gassen kondenserer i samme hastighet uten netto endring i deres relative mengde. Molekyler i væsken unnslipper som en gass i samme hastighet som gassmolekyler holder seg til væsken, eller danner dråper og blir en del av væskefasen. Kombinasjonen av temperatur og trykk må være «helt riktig» ; hvis temperaturen og trykket økes, opprettholdes likevekten av samme økning av koke – og kondensasjonshastigheter.

Figur 4. Likevekt mellom væske og gass ved to forskjellige kokepunkter inne i en lukket beholder. (a) kokings-og kondensasjonshastighetene er like ved denne kombinasjonen av temperatur og trykk, slik at væske-og gassfasene er i likevekt. (b) ved høyere temperatur er kokehastigheten raskere, og hastigheten som molekyler forlater væsken og går inn i gassen, er også raskere. Fordi det er flere molekyler i gassen, er gasstrykket høyere og hastigheten som gassmolekyler kondenserer og går inn i væsken, er raskere. Som et resultat er gass og væske i likevekt ved denne høyere temperaturen.

One example of equilibrium between liquid and gas is that of water and steam at 100ºC and 1.00 atm. Denne temperaturen er kokepunktet ved det trykket, så de bør eksistere i likevekt. Hvorfor koker en åpen vannkanne på 100º helt bort? Gassen som omgir en åpen pott er ikke rent vann: det blandes med luft. Hvis rent vann og damp er i en lukket beholder VED 100º og 1,00 atm, vil de sameksistere—men med luft over potten er det færre vannmolekyler å kondensere, og vann koiler. Hva med vann ved 20,0 º og 1,00 atm? Denne temperaturen og trykket tilsvarer væskeområdet, men et åpent glass vann ved denne temperaturen vil fordampe helt. Igjen er gassen rundt den luft og ikke ren vanndamp, slik at den reduserte fordampningshastigheten er større enn kondensasjonshastigheten av vann fra tørr luft. Hvis glasset er forseglet, forblir væskefasen. Vi kaller gassfasen en damp når den eksisterer, som det gjør for vann ved 20,0 º, ved en temperatur under koketemperaturen.

Damptrykk, Partialtrykk og Daltons Lov

Damptrykk er definert som trykket som en gass sameksisterer med sin faste eller flytende fase. Damptrykk er skapt av raskere molekyler som bryter seg bort fra væsken eller det faste stoffet og går inn i gassfasen. Damptrykket av et stoff avhenger av både stoffet og dets temperatur – en økning i temperaturen øker damptrykket.

Partialtrykk er definert som trykket en gass ville skape hvis den okkuperte det totale volumet tilgjengelig. I en blanding av gasser er det totale trykket summen av partialtrykk av komponentgassene, forutsatt ideell gassadferd og ingen kjemiske reaksjoner mellom komponentene. Denne loven er Kjent Som Daltons lov om partialtrykk, etter den engelske forskeren John Dalton (1766-1844), som foreslo det. Daltons lov er basert på kinetisk teori, hvor hver gass skaper sitt trykk ved molekylære kollisjoner, uavhengig av andre gasser tilstede. Det er i samsvar med det faktum at trykk legger til I Henhold Til Pascals Prinsipp. Dermed fordamper vann og is sublimerer når deres damptrykk overstiger partialtrykket av vanndamp i den omkringliggende blandingen av gasser. Hvis deres damptrykk er mindre enn partialtrykket av vanndamp i den omkringliggende gassen, dannes væskedråper eller iskrystaller (frost).

Phet-Utforskninger: States Of Matter-Basics

Varme, kjøle og komprimere atomer og molekyler og se på når de skifter mellom faste, flytende og gassfaser.

Klikk for å laste ned simuleringen. Kjør Ved Hjelp Av Java.

Seksjonssammendrag

• de fleste stoffer har tre forskjellige faser: gass, væske og fast stoff.
• Faseendringer mellom de ulike fasene av materie avhenger av temperatur og trykk.
• eksistensen av de tre fasene med hensyn til trykk og temperatur kan beskrives i et fasediagram.
• to faser sameksisterer (dvs. de er i termisk likevekt) ved et sett av trykk og temperaturer. Disse er beskrevet som en linje på et fasediagram.
• de tre fasene sameksisterer ved et enkelt trykk og temperatur. Dette er kjent som trippelpunktet og er beskrevet av et enkelt punkt på et fasediagram.
• en gass ved en temperatur under kokepunktet kalles en damp.Damptrykk Er trykket der en gass sameksisterer med sin faste eller flytende fase.
• Partialtrykk Er trykket en gass ville skape hvis den eksisterte alene.Daltons lov sier at det totale trykket er summen av partialtrykket av alle gassene som er tilstede.

Ordliste

pv diagram: en graf av trykk vs. volum

kritisk punkt: temperaturen over hvilken en væske ikke kan eksistere

kritisk trykk: minimumstrykket som trengs for at en væske skal eksistere ved kritisk temperatur

damp: en gass ved en temperatur under koketemperaturen

damptrykk: trykket som en gass sameksisterer med sin faste eller flytende fase

fasediagram: en graf AV TRYKK VS. tre faser av stoffet oppstår

trippelpunkt: trykket og temperaturen der et stoff eksisterer i likevekt som et fast stoff, væske og gass

sublimering: faseendringen fra fast til gass

partialtrykk: trykket en gass ville skape hvis den okkuperte det totale volumet av tilgjengelig plass

Daltons lov om partialtrykk: den fysiske loven som sier at det totale trykket av en gass er summen av partialtrykk av komponenten. gasser