Agregacijska stanja tvari

Tvari se u prirodi mogu nalaziti u četiri agregcijska stanja: čvrstom (s - solidus), tekućem (l - liquidus), plinovitom (g - gasolinus) i plazmi. U kojem se stanju tvar nalazi ovisi o građi,
privlačnim silama između njih te kinetičkoj energiji jedinki.

Prijelazi između agregacijskih stanja su procesi u kojima tvari prelaze iz jednog agregacijskog stanja u drugo.

Proces u kojem krutina prelazi direktno u plinovito stanje, bez prolaska kroz tekuće stanje, naziva se sublimacija. Suprotan proces zove se desublimacija.

Proces u kojem tekućina prelazi u plinovito stanje naziva se isparavanje. Suprotan proces zove se kondenzacija ili ukapljivanje.

Proces u kojem krutina prelazi u tekuće stanje naziva se taljenje. Suprotan proces zove se kristalizacija ili očvršćavanje.

Promjene agregacijskih stanja praćene su primanjem ili oslobađanjem energije. Te procese možemo razvrstati na egzotermne i endotermne.

Egzotermna promjena je promjena gdje se energija sustava smanjuje, a energija okoline raste, dakle to je spontani proce su kojem se energija oslobađa. U egzotermnim promjenama sustav prelazi iz neuređenijeg sustava u uređeniji.

Endotermna promjena je promjena u kojoj sustav prima energiju iz okoline i dolazi do povećanja energije sustava, odnosno to nije spontani proces već kako bi se on odvio potrebno je dovesti sustavu energiju u kojem se ona troši za reakciju. U endotermnim promjenama sustav prelazi iz uređenijeg sustava u neuređeniji.

Fazni dijagram

Agregacijsko stanje ovisi o tri parametra: vrsti tvari, tlaku i temperatiuri.

Prijelaz između agregacijskih stanja moguće je prikazati grafom ovisnosti temperature sustava o dovedenoj toplini.

Ovisnost agregacijskog stanja o tlaku i temperaturi prikazuje se faznim dijagramom.

Na faznom dijagramu razilkujemo tri područja: područje krute, tekuće i plinovite faze koje su omeđena krivuljama prijelaza. Krivulja taljenja/krivulja očvrščivanja označava prijelaz iz krute u tekuću fazu, odnosno iz tekuće u krutu fazu. Krivulja isparavanja/krivulja kondenzacije označava prijelaz iz tekuće u plinovitu fazu i obrnuto. Krivulja sublimacije/krivulja resublimacije označava prijelaz tvari iz krute u plinovitu fazu i obrnuto.

Osim krivulja na dijagramu razlikujemo i dvije točke - trojnu točku i kritičnu točku. Trojna točka sjecište je svih triju krivulja i u njoj je postignuta ravnoteža svih triju agregacijskih stanja. Kritična točka je je točka iznad kritične temperature gdje se tvar iz plinovitog agregacijskog stanja ne može ukapljiti (prevesti u tekuće stanje) snižavanjem tlaka.

Na slici je prikazan fazni dijagram vode. Fazni dijagrami ostalih tvari također slično izgledaju, a razlikuju se prema vrijednostima koje odgovaraju trojnoj i kritičnoj točki.

Vrenje

Tekućina vrije baš pri temperaturi kod koje se tlak para tekućina izjednači s vanjskim tlakom. Radi se o tome da mjehurić koji nastane unutar tekućine neće „preživjeti“ ako je tlak pare u njemu manji od vanjskog tlaka. Tlak u mjehuriću bi trebao biti veći od zbroja vanjskog tlaka i hidrostatskog tlaka na dubini pri kojoj mjehurić nastaje, ali je hidrostatski tlak zanemariv u odnosu na vanjski tlak. Zamislite da unutar tekućine nastane mjehurić u kojem je tlak pare manji od vanjskog. Zbog toga takav mjehurić implodira. Kad se tlak pare u mjehuriću izjednači s vanjskim tlakom, mjehurić neće više implodirati te zbog uzgona izlazi van. Osim toga „u priču” ulazi i površinska energija mjehurića koja je vrlo velika zbog velike zakrivljenosti mjehurića.

Prema visini temperature vrelišta i tališta najčešće možemo odrediti agregacijsko stanje tvari (uz standardni tlak). Krutine imaju i vrelište i talište iznad sobne temperature, tekućinama je talište ispod sobne temperature, a vrelište iznad, dok su plinovima i vrelište i talište ispod sobne temperature.