faasinmuutokset

Faasinmuutokset ovat fysikaalisia tilamuutoksia, joissa aine siirtyy kiinteästä, nestemäisestä tai kaasumaisesta tilasta toiseen. Muutokset syntyvät, kun lämpötila tai paine ylittää faasin muutosraja-alueen, ja niihin liittyy usein latenttilämpöä, joka vapautuu tai sitoutuu siirtymän aikana.

Yleisimmät faasinmuutokset

- Sulaminen: kiinteä tila muuttuu nestemäiseksi.

- Jäätyminen: nestemäinen tila muuttuu kiinteäksi.

- Haihtuminen ja kiehuminen: nestemäinen tila muuttuu kaasumaiseksi. Haihtuminen tapahtuu elastiittisesti kaikissa lämpötiloissa, kiehuminen tapahtuu tietyssä paineessa.

- Tiivistyminen: kaasusta tulee neste.

- Sublimaatio: kiinteä tila muuttuu suoraan kaasumaiseksi.

Latenttilämpö ja ajuri

Faasimuutokset ovat ensisijaisesti lämpötilan ja paineen ilmiöitä. Siirtymä sallitaan, kun systeemin energia lyhentää molekyylien vuorovaikutuksia tarpeeksi paljon. Muutoksessa vapautuu tai sitoutuu latenttilämpöä: sulamisessa ja höyrystyneessä tilassa energia vaikuttaa rakenteen muodostumiseen tai purkautumiseen.

Faasi- ja kriittiset pisteet

Faasimuutoksilla on maantieteellisiä ja teoreettisia rajoja. Faasidiagrammi kuvaa palloja paineen ja lämpötilan suhteen ja osoittaa kolmoispisteen (missä kiinteä, neste ja kaasu ovat yhtä tilaisia) sekä kriittisen pisteen (raja, jonka jälkeen aine ei enää muodosta erillisiä neste- ja kaasutiloja).

Esimerkkejä

Vesi: sulaminen 0 °C, kiehuminen 1 atm:ssa 100 °C. Hiilidioksidi sublimoituu tavallisesti kiinteänä olosuhteissa huoneenlämpötilassa ja normaalipaineessa.

Sovellukset

Faasimuutoksia hyödynnetään esimerkiksi jäähdytyksessä, elintarvikkeiden säilytyksessä, crioprotektion ja teollisissa prosesseissa. Näiden ilmiöiden ymmärtäminen on keskeistä sekä laboratoriotyössä että arkipäivän lämpötilakäytännöissä.