Hur ämnen övergår i
I den här artikeln ska vi se hur det är möjligt att få ett ämne att gå över från en aggregationsform till en annan. Detta kallas för fasövergångar. Innan du läser vidare kan det vara bra att ha koll på det som gås igenom i artikeln om materiens tre former och rörelser på molekylnivå. Låt oss säga att vi har en isbit — alltså vatten i fast fas.
Fasövergångar
Som vi tidigare har nämnt kommer vattenmolekylerna att sitta ihop med varandra på bestämda platser i isbiten utan att röra sig så värst mycket. Man kan säga att deras rörelseenergi är låg. Men om vi lägger isbiten i en bägare och värmer den på en värmeplatta kommer vattenmolekylerna att få energi från värmen och därmed börja röra sig lite. Håller vi på tillräckligt länge kommer de att få så pass mycket rörelseenergi att de inte längre kan hålla sig kvar på sina bestämda platser utan i stället börjar röra sig mer huller om buller även om de fortfarande håller ihop.
Det som har hänt är att isbiten har smält och gått över till vätskefas. Det är alltså fortfarande vatten — men i en annan form. Som du säkert kan förstå behöver vi tillföra värme för att smälta ett ämne. Temperaturen vid vilken ett ämne smälter kallas smältpunkt. För vatten ligger den på 0 °C. Säg att vi fortsätter att värma vattnet. Till slut har molekylerna fått så mycket rörelseenergi att de inte klarar att hålla ihop över huvud taget utan kommer att lämna bägaren och sprida ut sig i rummet.
Det som har hänt är att vattnet har kokat och övergått till gasfas.
Aggregationsformer
Även här behöver vi tillföra värme. Den temperatur vid vilken ett ämne kokar kallas kokpunkt. För vatten ligger den på °C. Om du tänker efter har du säkert märkt att ett ämne kan gå från vätskefas till gasfas även vid temperaturer under kokpunkten. Atmosfären innehåller ju alltid mer eller mindre vattenånga, som har avdunstat från jordytan.
Trots detta är det mycket sällan temperaturen blir så hög som °C under normala förhållanden. Hur kommer då detta sig? Jo, temperaturen i en vätska är ju ett mått på molekylernas genomsnittliga rörelseenergi. Även om denna inte räcker för att alla molekyler i vätskan ska kunna bryta sig loss och gå över till gasfas, kommer i alla fall några molekyler vid ytan alltid ha tillräckligt med energi för att klara detta.
Vid en vätskas yta tar sig alltså molekyler hela tiden loss och lämnar vätskan. Dessa blir fler i antal om vi höjer temperaturen. Då blir den genomsnittliga rörelseenergin högre, vilket leder till att fler molekyler kommer upp i tillräckligt höga energier för att göra sig fria.
Materiens tre former
När en molekyl med hög rörelseenergi lämnar vätskan kommer genomsnittsenergin hos molekylerna som är kvar i vätskan att sjunka lite, vilket leder till att temperaturen hos en vätska minskar vid avdunstning. Har du någon gång haft handsprit består av etanol på händerna har du säkert känt av detta. Etanol avdunstar i stor omfattning vid rumstemperatur, vilket leder till att temperaturen sjunker.
Detta gäller även vid kokning — molekyler med hög energi lämnar vätskan, som därför får sänkt medeltemperatur. Om du mäter temperaturen i en kokande vätska kommer du märka att temperaturen håller sig strax under kokpunkten hela tiden. Ett annat sätt att omvandla vatten från en form till en annan är genom att sätta flytande vatten i en frys. När temperaturen sänks förlorar molekylerna sin rörelseenergi och rör sig allt långsammare.
Ju långsammare de rör sig, ju bättre kommer de att hålla ihop vilket leder till att de snart har återgått till sina bestämda platser. Det som händer här är att vattnet har frusit, eller stelnat som man också kan säga, och gått över från vätskefas till fast fas.