Mer om fasövergångar

Du har förmodligen märkt att vatten kan förändra sitt tillstånd – isbitar smälter i din dryck, vatten blir till ånga när du kokar det, ånga blir till is i frysen. Sådana förändringar: smältning, stelning, förångning, kondensation, sublimation och deposition kallas fasövergångar. Det är inte bara vatten som genomgår fasövergångar. Under rätt förhållanden kan all materia ändra tillstånd! Tänk på smör som smälter på varmt rostat bröd, lava som omvandlas till fast sten eller sot som deponeras i en skorsten.

Många plast-, metall- och glasföremål tillverkas också genom fasövergångar. För att skapa de här föremålen måste vi veta när en fasövergång kommer att ske och kunna kontrollera den. Hur då? Ett ämnes tillstånd beror på hur mycket energi som finns i det. Om du vill att ett ämne ska ändra sitt tillstånd måste du lägga till eller ta bort energi.

Ett sätt att göra det är att ändra ämnets temperatur. Vi tar ett stearinljus, till exempel. När ljuset brinner ökar temperaturen. Energi i form av värme överförs från den brinnande veken till stearinet. Den här värmen ger rörelseenergi till partiklarna i stearinet.

Partiklarna får kinetisk energi. De börjar röra sig snabbare och snabbare, bindningarna mellan dem bryts och partiklarna rör sig längre ifrån varandra. Stearinet smälter. När du blåser ut ljuset slocknar lågan och temperaturen sjunker. Värme förs ut ur stearinet.

Partiklarna förlorar kinetisk energi och saktar ner. Det gör det lättare för partiklarna att hålla sig nära varandra och bilda fasta strukturer. Stearinet återgår till ett fast ämne. När vi lägger till eller tar bort värme ökar eller minskar temperaturen tills den når den punkt där fasövergången inträffar. Under fasövergången används energin för att ändra ämnets tillstånd istället för att ändra temperaturen.

Temperaturen förblir densamma, och ämnet befinner sig i två olika tillstånd samtidigt, tills fasövergången är färdig. Det finns två tydliga temperaturer där fasövergångar sker. Den ena är när ett ämne finns både i fast och i flytande form, vilket händer under smältning eller stelning. Det är smältpunkten. Den andra är när ett ämne övergår mellan vätska och gas – under kokning eller kondensation.

Det är kokpunkten. Olika ämnen behöver olika mycket energi för att gå från ett tillstånd till ett annat, så olika ämnen har olika smältpunkter, och olika kokpunkter. Ett annat sätt att ändra mängden energi i ett ämne är att ändra trycket. Vid högt tryck pressas partiklar samman och tvingas hålla sig nära varandra. Då krävs mer energi för att bryta strukturen eller dra isär partiklarna.

För de flesta ämnen gäller att ju högre tryck desto högre blir smältpunkten och kokpunkten. Ett undantag är is: när trycket höjs smälter is vid lägre snarare än högre temperaturer. Vid lågt tryck kan partiklar lättare röra sig bort från varandra. Det innebär att det krävs mindre energi för ett ämne att smälta eller förångas, så smält- och kokpunkterna är lägre. Genom att justera temperatur och tryck kan vi ändra energin i ett ämne och kontrollera fasövergångar i olika ämnen, inte bara i vatten!