Fasövergångar
Har alltid undrat vad som egentligen händer på partikelnivå vid fasövergångar. Från gas till flytande så uppstår det väl intermolekylära bindningar? Detta förklarar väl varför vätskor har en bestämd volym medan gaser inte har det samt också varför det sker vid en viss temperatur och inte att den gradvis blir mindre ”gasig” (dvs när den slumpmässiga kinetiska energin är tillräckligt låg för att bindningarna ska kunna uppstå). Vad är det som då generellt händer vid fasövergången till fast form.
Om man till exempel kyler ner kväve till kokpunkten så uppstår det väl van der waals-bindningar? Sen om man i teorin kyler ned det till smältpunkten så sker det fler van det waals-bindningar eller? Det skulle betyda att det finns olika typer av van der waals-bindningar?
Vad är det som (generellt) händer vid fasövergångarna?
Det är inte sortens bindning som ändras, däremot antalet bindningar och bindningsvinklarna.
Om vi följer ett fast ämne som smälter och sedan kokar:
- I ett fast ämne rör sig inte molekylerna eller atomerna särskilt mycket. Atomerna binder till varandra i bestämda vinklar, vilket för kristallina ämnen gör att det bildas en kristallstruktur. Vissa ämnen är dock inte kristallina utan istället amorfa, vilket innebär att de binder till varandra på ett mer oordnat sätt.
- Om man värmer det fasta ämnet börjat molekylerna att röra på sig allt mer. Till slut rör sig många molekyler så fort att bindningarna mellan dem börjar brytas. Då har man nått smältpunkten.
- Vid temperaturer över smältpunkten har många bindningar mellan molekylerna brutits, men inte alla bindningar. Den bästa beskrivningen är att det finns kluster med molekyler som binder till varandra men där klustren kan röra sig fritt från varandra.
- Om man fortsätter att värma det flytande ämnet bryts ytterligare bindningar mellan molekylerna och man får ytterligare kluster som rör sig fritt. Detta märker man som att vätskan blir mer lättflytande, dvs viskositeten blir lägre. Detta märker man tydligt när man kör bil på vintern. Om det är kallt är oljan i bilen trögflytande och smörjer inte lika effektivt.
- Till slut har klustren brutits ner så pass mycket att all extra energi som tillförs går till att bryta loss molekylerna helt och hållet från varandra. Då har kokpunkten nåtts.
- Inom kemi behandlar man normalt fasta ämnen, vätskor och gaser, men det finns ytterligare aggregationstillstånd. Om man t.ex. fortsätter att värma en gas får atomerna så mycket energi att de kan separera i olika sorters joner, fria atomkärnor och fria elektroner. Detta tillstånd kallas för plasma och är vad t.ex. solen huvudsakligen består av.
Man kan också tillägga att detta beskriver vad som normalt sker för de flesta ämnen, men det finns många exempel på ämnen som inte har en tydlig fasövergång. Glas saknar t.ex. smältpunkt. Om man värmer upp glas i fast form blir det till en degig massa som blir allt mer lättflytande om man fortsätter att värma upp det. Jämför med t.ex. is som vid smältpunkten går från 100% fast till 100% flytande.
Vissa fasta ämnen brukar sublimera istället för att smälta när de värms upp, dvs de går direkt från fast form till gas. Koldioxid är ett sådant exempel. Många andra ämnen kan också sublimera. Fasövergångarna beror både på temperatur och tryck. Sänker man trycket till ungefär 0,6 kPa kommer även vatten att sublimera istället för att smälta.
