Hva er det som avgjør om vann skal være i fast form, flytende eller gass? At det har noe med temperaturen å gjøre, er i alle fall helt sikkert. Det er jo derfor vi har snø og is om vinteren, men aldri om sommeren!

Trykk er like viktig som temperatur, med hensyn til hvilken fase et stoff er i. Det er ikke så lett å oppdage i forhold til snø og is, siden trykket i omgivelsene våre er omlag 1 atmosfære hele tiden. Om du hadde kunnet endre trykket ute, hadde du for eksempel fått oppleve at vann kan gå over til vanndamp selv om temperaturen er langt unna 100°C.

I figuren nedenfor ser du et fasediagram for vann. Trykket 1 atmosfære er det du er kjent med fra omgivelsene dine, og dette er merket med en horisontal stiplet linje i diagrammet. Om du følger denne linja fra venstre mot høyre, ser du at vann er i fast fase når temperaturen er under 0°C. Mellom 0°C og 100°C er vann i væskefase, og over 100°C er vann en gass.

Et fasediagram er en graf som viser likevektsforhold mellom de ulike fasene som et stoff kan være i. Ofte brukes trykk og temperatur som akser i grafen.

Fasegrenser og trippelpunkt

De heltrukne linjene i fasediagrammet viser hvor overgangen fra en fase til en annen inntreffer. For eksempel kan vil lese ut fra diagrammet at vann fordamper/kondenserer ved 1 atm og 100°C. Langs disse linjene eksisterer det to ulike faser i det som kalles «termodynamisk likevekt».

Tenk deg at vi har en beholder fylt med vann, hvor trykket er 1 atm og temperaturen er 100°C. Ut fra fasediagrammet for vann ser vi da at vi er akkurat på fasegrensen. I praksis betyr det at det er like mange vannmolekyler som går fra væske til damp som det er molekyler som går den motsatte veien (fra damp til væske). En ørliten endring i trykk eller temperatur vil endre på denne likevekten. Øker vi for eksempel temperaturen til 100,1°C men holder trykket på 1 atm, vil det være mange flere vannmolekyler som går fra væske til damp enn hva det går motsatt vei.

Ved likevekt er det like mange partikler som går fra en fase til en annen, som det er partikler som går i motsatt retning. Netto utveksling av partikler er null.


Om du ser på fasediagrammet for vann igjen, vil du oppdage at det er ett sted hvor alle de tre fasene møtes i ett punkt. Dette kalles for «trippelpunktet», og her vil fast, flytende og gass eksistere i likevekt. For vann er dette punktet ved 0,01°C og 0,006 atm.

Du kan også ha is, vann og vanndamp samtidig, selv om det ikke er ved trippelpunktet. Dette kan du lett teste selv. Kok opp litt vann, og når det koker hiver du noen isbiter opp i det kokende vannet. Nå har du alle fasene tilstede samtidig! Men de er ikke i likevekt, slik det er ved det «ekte» trippelpunktet. Det vil ikke ta lang tid før isbitene har smeltet, og etter en stund vil all væsken ha fordampet også.

Trippelpunktet er det den kombinasjonen av trykk og temperatur som gjør at et stoff kan være i likevekt med tre ulike faser samtidig.

Kritisk punkt

Om du følger faselinja for væske og gass, ser du at den stopper i et punkt. For vann er dette punktet 218 atm og 374°C. Dette punktet kalles for «kritisk punkt». Men hva skjer om trykket og temperaturen blir enda høyere? Er det ikke gass eller væske lenger, da?

Svaret er at stoffet er litt begge deler. Det er både gass og væske på en gang, og det finnes ikke noen tydelig faseovergang. Vi sier at stoffet er i en superkritisk tilstand.

Det kritiske punktet er det trykket og temperaturen hvor fasegrensen mellom gass og væske opphører å eksistere.

Nedenfor ser du et fasediagram for CO2. Det kritiske punktet for CO2 er ved 73 atm og 31°C. Om trykket og temperaturen er høyere enn dette, sier vi at CO2 er i superkritisk tilstand.