Smältning, stelning, förångning och kondensation

Is, vatten och ånga är alla uppbyggda av samma sak – vattenmolekyler. Men i var och en av dem är molekylerna ordnade på olika sätt. Det gör att is, vatten och ånga ser ut och beter sig olika jämfört med varandra. De är tre tillstånd, eller faser, av vatten. Du har nog märkt att vatten inte alltid förblir i samma tillstånd.

Det kan växla mellan olika tillstånd. Vi kallar de här förändringarna fasövergångar. Vi tittar på den här isbiten. Temperaturen, direkt från frysen, är –10 °C. Vattenmolekylerna är nära varandra.

De bildar en fast struktur. De kan inte röra sig fritt, utan vibrerar bara lite på plats. Vi tillför värme och ser vad som händer. Temperaturen stiger. Molekylerna börjar vibrera mer och mer i sina positioner.

När temperaturen når 0 °C börjar strukturen brytas isär och molekylerna kan röra sig mer fritt. Isbiten omvandlas till flytande vatten! Det här är vad vi kallar smältning, som är en typ av fasövergång – ett ämne i fast form som omvandlas till en vätska. Oavsett hur mycket värme vi tillför, förblir vattentemperaturen oförändrad så länge det finns is kvar: 0 °C. Det här är vattnets smältpunkt.

Nu har all is smält till vatten. Molekylerna bildar inte längre någon fast struktur, men de är fortfarande nära varandra. Vi tillför mer värme! Temperaturen stiger. Molekylerna rör sig snabbare, stöter in i varandra, börjar sprida sig ... ...

tills några av dem bryter sig loss och svävar iväg. Vattnet omvandlas till vattenånga. Det här är ett exempel på en annan fasövergång – förångning. En vätska omvandlas till en gas – den förångas. Vätskor kan förångas på två olika sätt.

Här är en vattenpöl. Det går några dagar och sedan är pölen borta. Hur kommer det sig? Det är lätt för molekyler på ytan att bryta sig loss från vätskan. Så småningom omvandlas allt vatten till ånga och pölen försvinner.

Det är en typ av förångning – avdunstning. Avdunstning sker bara från vätskans yta. Nu värmer vi upp vatten i en vattenkokare. Vattenmolekylerna i botten värms upp snabbare än de på ytan. När temperaturen når 100 °C börjar vattnet omvandlas till gas.

Gasen bildar bubblor som stiger upp till vattenytan. Det här är den andra typen av förångning – kokning. Oavsett hur mycket värme vi tillför, förblir vattnet vid 100 °C så länge det kokar – tills all vätska har omvandlats till gas. 100 °C är kokpunkten för vatten. Is smälter och vatten förångas när vi tillför värme till vattenmolekyler.

Vad händer när vi tar bort värme? Vi låter ångan svalna. När temperaturen sjunker saktar molekylerna ner. När de långsamma molekylerna kommer nära varandra klumpar de ihop sig. Så vattenångan omvandlas till flytande vatten.

Den kondenserar. Kondensation är en annan typ av fasövergång – när en gas omvandlas till en vätska. Vi fortsätter att avlägsna värme för att sänka temperaturen. Molekylerna saktar ner ännu mer. Vid 0 °C börjar molekylerna bilda en organiserad, fast struktur.

Flytande vatten omvandlas till fast is! Det här är ett exempel på stelning – en fasövergång då en vätska omvandlas till ett fast ämne. Vatten förekommer i tre olika tillstånd och förändras mellan de tillstånden genom fasövergångar. När vi tillför värme smälter isen till vatten, och vattnet förångas till ånga. När vi tar bort värme, kondenseras ångan till vatten, och vattnet stelnar till is.