Agregātstāvokļu maiņa
Ikdienā ir pierasts aplūkot vielas trīs agregātstāvokļus: cietu, šķidru un gāzveida.
Atkarībā no spiediena un temperatūras viela atrodas kādā no šiem agregātstāvokļiem, bet, mainoties apstākļiem, var notikt pāreja no viena agregātstāvokļa uz citu (1. attēls). Agregātstāvokļu maiņa pieder pie 1. veida fāžu pārejām (skatīt nodaļu ''Pirmā un otrā veida fāžu pārejas'').
Tā, piemēram, ūdens normālā atmosfēras spiedienā temperatūrā zem 0 °C atrodas cietā agregātstāvoklī (ledus). Ja temperatūra pieaug un sasniedz 0 °C, tad ledus kūst un pāriet šķidrā agregātstāvoklī (šķidrs ūdens). Ja temperatūru pēc tam samazina zem 0 °C, tad ir novērojams pretējs process - šķidrais ūdens sacietē un kļūst par ledu.
Viela var arī pāriet no šķidra stāvokļa gāzveida stāvoklī (iztvaikot), kā arī kondensēties – pāriet no gāzveida stāvokļa šķidrā.
1.att. Agregātstāvokļu maiņa
Pastāv arī iespēja, ka viela no cieta stāvokļa uzreiz pāriet gāzveida stāvoklī un otrādi, neizejot cauri šķidrajam agregātstāvoklim - sublimējas. Sublimācija ir process, kurā viela no cieta stāvokļa tieši pāriet gāzveida stāvoklī, nekļūstot par šķidrumu. Piemēram, ja ziemā sala laikā žāvē veļu (2. att. a), tad tas tiešām izdosies, jo veļā esošais ūdens sasalst (auduma gabals kļūst ciets kā dēļis) un tad sublimācijas procesā pamazām iztvaiko, līdz veļa kļūst sausa. Sublimāciju var ļoti labi novērot, ja normālos apstākļos novieto sauso ledu jeb sasalušu ogļskābo gāzi (2. att. b). Par cietu ķermeņu iztvaikošanu liecina arī to smarža (piemēram - naftalīns).
Sublimācijai pretējo procesu sauc par desublimāciju, kad viela no gāzveida stāvokļa tieši pāriet cietā stāvoklī. Desublimāciju var novērot ziemā, kad uz automašīnas stikliem veidojas ledus kārtiņa vai sarma.
Mikroelektronikas rūpniecībā šo procesu izmanto, lai iegūtu plānas kristāliskas kārtiņas.
2.att. Sublimācijas piemēri
Iztvaikošana un kondensācija
Iztvaikošana ir vielas pāreja no šķidra stāvokļa gāzveida stāvoklī.
Gāzi, kas rodas virs šķidruma vai cietas vielas un var atrasties ar tiem līdzsvarā, sauc par tvaiku - virs ūdens virsmas ir ūdens tvaiks, virs šķidra dzīvsudraba ir dzīvsudraba tvaiks.
Termodinamikā jēdzieni ''gāze'' un ''tvaiks'' ir līdzvērtīgi.
Ja gaisā ir ūdens tvaika un sīku ūdens pilienu maisījums, tad tehnikā saka, ka tas ir slapjš tvaiks.
Ikdienā ar vārdiem ūdens tvaiks parasti saprot tieši slapju tvaiku – piemēram, baltu miglu virs katliņa, kurā vārās ūdens. Sarunu valodā slapju tvaiku sauc ''garaiņi''.
Ja šķidrums robežojas ar gāzi vai šķidruma tvaiku, daļa no šķidruma/tvaika robežvirsmas tuvumā esošajām molekulām var pārvarēt molekulu savstarpējās pievilkšanās spēkus un pāriet no šķidrās stāvokļa gāzveida stāvoklī – notiek iztvaikošana.
Šķidrumu vispirms pamet tās molekulas, kas atrodas virsmas tuvumā, jo šķidruma virsmas tuvumā esošās molekulas ir pakļautas to kaimiņu molekulas ieskauj tikai no vienas puses, tādēļ tām ir jāpārvar mazāks mijiedarbības spēks, lai izrautos no šķidruma. Šķidruma temperatūru nosaka molekulu kustības vidējais ātrums: jo tas lielāks, jo augstāka ir šķidruma temperatūra. Tomēr dotajā brīdī konkrētas šķidruma molekulas kustas katra ar savu ātrumu, kas atšķiras no kustības vidējā ātruma. Tad molekula, kas kustas pietiekami ātri, atrodas tuvu pie šķidruma virsmas un tās ātrums ir vērsts virsmas virzienā, var atrauties no šķidruma virsmas.
Iztvaikošana notiek jebkurā temperatūrā - virs šķidruma vienmēr ir šķidruma tvaiks. Vienlaikus notiek arī pretējais process — robežvirsmas tuvumā esošās tvaika molekulas atgriežas šķidrumā – notiek gāzes (tvaika) kondensācija.
Kas ietekmē iztvaikošanu un kondensāciju?
1.att. Šķidrumu iztvaikošana (a) un kondensēšanās (b)
Šķidruma iztvaikošana un kondensācija norit vienlaicīgi, bet šiem procesiem var būt atšķirīgi ātrumi (intensitāte). Ja šķidrumu, piemēram, ūdeni atstāj vaļējā traukā (1. att. a), tad pēc kāda laika ūdens no trauka pamazām ''pazūd'', jo iztvaikošana ņem virsroku pār kondensāciju un ūdens pārvēršas tvaikā. Ja trauku ar šķidrumu noslēdz (1. att. b), tad šķidruma tvaiks uzkrājas trauka tilpumā, tādā veidā palielinot kondensācijas ātrumu. Pēc kāda laika iestājas iztvaikošanas un kondensācijas dinamisks līdzsvars, jeb noteiktā laika intervālā šķidrumu atstāj tikpat daudz molekulu, cik tajā atgriežas. Ja šāds līdzsvars pastāv, tvaiks ir piesātināts. Virs vaļēja trauka (1. att. a) gadījumā, ja iztvaikošana norit ātrāk par kondensāciju, tvaiks ir nepiesātināts.
2.att. Tvaika veidošanās nenoslēgtā (a) un noslēgtā (b) traukā
Tātad iztvaikošanas ātrumu ietekmē dažādi faktori:
- Šķidruma ''daba'' – ķīmiskais sastāvs, kas nosaka starpmolekulu saišu stiprumu. Piemēram, istabas temperatūrā ātri iztvaiko etilspirts un acetons, bet ūdens iztvaiko daudz lēnāk.
- Šķidruma temperatūra. Jo šķidruma temperatūra augstāka, jo vidēji ātrāk kustas molekulas, jo ātrāk šķidrums iztvaiko.
- Iztvaikošana notiek ātrāk, ja ir iespēja pārvietot tālāk no šķidruma jau iztvaikojušās molekulas - neļaujot notikt kondensācijas procesam. Tātad – vējš veicina iztvaikošanu.
- Šķidruma vaļējās virsmas laukums – jo tas lielāks, jo ātrāk notiek iztvaikošana.
Tā kā iztvaikošanas procesā no šķidruma aiziet atrākās molekulas, pārējo molekulu vidējais ātrums kļūst mazāks. Līdz ar to samazinās šķidrumā palikušo molekulu vidējais ātrums, līdz ar to samazinās šķidruma iekšējā enerģija un šķidrums atdziest, ja vien siltums netiek pievadīts no ārpuses. Tādēļ mēs svīstam, lai, sviedriem iztvaikojot, pazeminātos ķermeņa temperatūra. Var novērot arī, ka pēc lietus pazeminās gaisa temperatūra – enerģija lietus ūdens iztvaikošanai tiek ņemta no apkārtējās vides.
Iztvaikošanas speciālgadījumu, kad, noteiktā temperatūrā un spiedienā, šķidrums pāriet gāzveida stāvoklī visa tā tilpumā – vārīšanos – aplūkojam nodaļā ''Šķidruma vārīšanās''.
Īpatnējais iztvaikošanas siltums
Siltuma daudzumu \(Q\), kas nepieciešams, lai noteiktā temperatūrā vienu šķidruma masas \(m\) vienību pārvērstu tvaikā, sauc par īpatnējo iztvaikošanas siltumu (\(L \)).
\(L=\frac{Q}{m}\)
Īpatnējā iztvaikošanas siltuma SI vienība ir džouls uz kilogramu (\(J/kg\)).
Dažādu šķidrumu īpatnējo iztvaikošanas siltumu nosaka eksperimentāli un tas atrodams tabulās. Jāņem vērā, ka tas ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, tādēļ tabulās L vērtības parasti norāda vārīšanās temperatūrā vienas atmosfēras spiedienā.
Paaugstinoties temperatūrai, iztvaikošanas intensitāte pieaug, jo kopumā pieaug molekulu kinētiskā enerģija un tām vieglāk atrauties no šķidruma virsmas. Tādēļ, temperatūrai pieaugot, īpatnējais iztvaikošanas siltums samazinās (3. attēls).
3.att. Ūdens un ētera īpatnējais iztvaikošanas siltums
Savukārt tvaikam kondensējoties līdzvērtīga enerģija (siltuma daudzums) izdalās. Siltuma daudzumu, ko izdala tvaika masas vienība kondensācijas procesā noteiktā temperatūrā, sauc par īpatnējo kondensācijas siltumu. Īpatnējos siltumus nereti sauc par ''latentajiem'' vai ''slēptajiem'' siltumiem, tā uzsverot, ka, piemēram, kondensācijas procesā siltumu no vielas iespējams iegūt – tas izdalās.
Dažādu vielu īpatnējie kušanas siltumi salīdzināti 4. attēlā:
4.att.
Kā jau pieminēts, notiek arī vielas pāreja no cieta stāvokļa gāzveida stāvoklī un otrādi – sublimācija un desublimācija (piesātināta tvaika tieša (nenonākot šķidrā stāvoklī) kristalizācija). Arī sublimācijā viela atdziest. Īpatnējais sublimācijas (un desublimācijas) siltums ir vienāds ar īpatnējā kušanas siltuma un īpatnējā iztvaikošanas siltuma summu.
Kušana un sacietēšana
Agregātstāvokļu maiņa
Ikdienā aplūkojam vielas trīs agregātstāvokļus: cietu, šķidru un gāzveida.
Atkarībā no spiediena un temperatūras viela atrodas kādā no šiem agregātstāvokļiem, bet, mainoties apstākļiem, var notikt pāreja no viena agregātstāvokļa uz citu (1. attēls). Agregātstāvokļu maiņa pieder pie 1. veida fāžu pārejām (skatīt nodaļu ''Pirmā un otrā veida fāžu pārejas'').
Viela var pāriet no cieta stāvokļa šķidrā (izkust), kā arī sacietēt (vairumā gadījumu - kristalizēties).
Viela var arī pāriet no šķidra stāvokļa gāzveida stāvoklī (iztvaikot), kā arī kondensēties – pāriet no gāzveida stāvokļa šķidrā.
1.att. Agregātstāvokļu maiņa
Pastāv arī iespēja, ka viela no cieta stāvokļa uzreiz pāriet gāzveida stāvoklī un otrādi, neizejot cauri šķidrajam agregātstāvoklim - sublimējas. Sublimācijai pretējo procesu sauc par desublimāciju, kad viela no gāzveida stāvokļa tieši pāriet cietā stāvoklī.
Kušanas procesā cietvielai enerģija ir jāpievada no ārienes, citādi šis process nenotiks. Tā, piemēram, cietai kristāliskai vielai pievadot noteiktu siltuma daudzumu, paaugstinās tās temperatūra. Pēc tam, kad sasniegta noteikta temperatūra - kušanas temperatūra, tā, turpinot pievadīt enerģiju, paliek nemainīga visā kušanas laikā. Labi zinām, ka normālā atmosfēras spiedienā ledus kūst un sacietē 0 °C temperatūrā.
Kristālisku un amorfu vielu kušana
Ķermenim sasilstot, palielinās vielas daļiņu vidējais kustības ātrums un, līdz ar to, arī svārstību frekvence un amplitūda ap daļiņu līdzsvara stāvokļiem. Rezultātā palielinās daļiņu vidējā kinētiskā enerģija. Parasti palielinās attālums starp kristālrežģi veidojošajām daļiņām. Kad ķermenis sasilis līdz kušanas temperatūrai, izjūk molekulu regulārais izvietojums kristālos – tālā kārtība (skatīt nodaļu ''Kristāliskas vielas'') - daļiņu mijiedarbība kļūst vājāka, pieaug daļiņu mijiedarbības potenciālā enerģija (tā kā daļiņu mijiedarbības potenciālo enerģiju vielā uzskatām par negatīvu, tās skaitliskā vērtība kļūst mazāka).
Protams, ir atsevišķi izņēmumi, piemēram, ūdens – ledus kristālā attālumi starp daļiņām ir lielāki, kā šķidrā ūdenī.
Molekulas sāk kustēties haotiski. Ķermenis zaudē formu - kūst, pārvēršoties šķidrumā. Ja turpina pievadīt siltumu, ķermeņa temperatūra nepaaugstinās, kamēr visa viela nav izkususi.
Tas nozīmē, ka visa pievadītā enerģija tiek patērēta daļiņu saišu ''saraušanai''. Tādēļ kušanas laikā nepalielinās daļiņu siltumkustības vidējā kinētiskā enerģija un, līdz ar to, nepieaug temperatūra. Tikai, kad viela pilnībā izkususi, temperatūra atkal sāk pieaugt (2. attēls 1). (Skatīt arī nodaļu ''Siltuma procesu grafiki'').
2.att. Kristālisku (1) un amorfu (2) vielu kušanas grafiki
Pieredze liecina, ka kristāliskas vielas kūst un sacietē vienā un tajā pašā temperatūrā. Dažādu vielu kušanas (sacietēšanas) temperatūras nosaka eksperimentāli un tās atrodamas tabulās. Kristālisku vielu kušanas un sacietēšanas procesu laikā līdzsvarā pastāv abi agregātstāvokļi (šķidrs un ciets) un vielu temperatūra nemainās.
Savukārt kristalizācijas procesā vielas daļiņas šķidrumā (parasti) tuvinās un to mijiedarbības potenciālā enerģija samazinās. Kristalizācija var notikt tikai tad, kad šķidrums šo «lieko» enerģiju atdod apkārtējiem ķermeņiem. Tas nozīme, ka, piemēram, 0 °C temperatūrā 1 kg ūdens iekšēja enerģija ir lielāka nekā 1 kg ledus iekšējā enerģija.
Īpatnējais kušanas siltums
Siltuma daudzumu \(Q\), kas nepieciešams, lai noteiktā temperatūrā vienu šķidruma masas m vienību izkausētu, sauc par īpatnējo kušanas siltumu (\(\lambda\)).
\(\lambda=\frac{Q}{m}\)
Īpatnējā kušanas siltuma \(SI\) vienība ir džouls uz kilogramu (\(\frac{J}{kg}\)).
Dažādu šķidrumu īpatnējo kušanas siltumu nosaka eksperimentāli un tas atrodams tabulās. Jāņem vērā, ka tas ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, tādēļ tabulās \(\lambda\) vērtības parasti norāda vienas atmosfēras spiedienā.
Savukārt, šķidrumam sacietējot, līdzvērtīga enerģija (siltuma daudzums) izdalās. Siltuma daudzumu, ko izdala šķidruma masas vienība sacietēšanas procesā, sauc par īpatnējo kristalizācijas siltumu un tā skaitliskā vērtība ir vienāda ar īpatnējā kušanas siltuma skaitlisko vērtību, tādēļ tabulās to atsevišķi nenorāda. Īpatnējos siltumus nereti sauc par ''latentajiem'' vai ''slēptajiem'' siltumiem, tā uzsverot, ka, piemēram, sacietēšanas procesā siltumu no vielas iespējams iegūt – tas izdalās.
Ūdens pāreja šķidrumā un otrādi — šķidruma pārvēršanās par cietvielu — grandiozos apmēros norisinās dabā pavasarī un rudenī. Šā iemesla dēļ aukstā ziemā, kad aizsalst jūra vai Rīgas līcis, novērojama temperatūras paaugstināšanās – milzīgai ūdens masai sasalstot, izdalās ļoti liels siltuma daudzums. Savukārt pavasarī, kamēr ledus nav izkusis, ļoti silts laiks jūras tuvumā neiestājas.
Amorfu vielu sacietēšanas mehānisms
Atšķirībā no kristāliem, amorfas vielas nesacietē, veidojoties kristāliskām virsmām, un tās ir izotropas – nepastāv vielas īpašību atkarība no virziena. Amorfām vielām nav noteiktas kušanas temperatūras: temperatūrai paaugstinoties, stabili amorfās vielas pakāpeniski kļūst mīkstas un virs ''stiklošanās temperatūras'' nonāk šķidrā stāvoklī. (2. attēls 2) (skatīt nodaļu ''Amorfās vielas''). Redzams, ka šajā temperatūru apgabalā, siltumu pievadot, temperatūra aug lēnāk, kā sildot cietu vielu un, pēc tam, šķidrumu. Tas izskaidrojams tā, ka amorfā viela praktiski nekad nav ''ideāli nesakārtota'' – pastāv nelieli kristalizējušās vielas apgabali, kuri kūst kā kristāliska viela.
Vienas un tās pašas vielas var sacietāt kristāliskā vai amorfā veidā atkarībā no dzesēšanas režīma.
Amorfā vielā daļiņas neatrodas potenciālās enerģijas minimuma situācijā, tādēļ amorfais stāvoklis ir metastabils un viela laika gaitā mēdz kristalizēties.
Vielas, kurām parasti ir kristāliska struktūra, bet kuras, sacietējot, ir stipri pārdzesētas, var sacietēt amorfā stāvoklī. Pēc tam karsēšanas dēļ vai laika gaitā tās var kristalizēties (izdaloties nelielam siltuma daudzumam). Daudzu vielu amorfais stāvoklis tiek iegūts, šķidru kausējumu ļoti ātri dzesējot vai tad, kad tvaiki kondensējas uz virsmas, kas ir atdzisusi krietni zem kušanas temperatūras.
Sublimācija un desublimācija
Cietas vielas, piemēram, kampars, var izteikti smaržot. Tas nozīmē, ka gaisā atrodas šo vielu tvaiki. Tātad fāžu pāreja notikusi, apejot šķidro fāzi. Cietu vielu iztvaikošanu sauc par sublimāciju.
Spilgts piemērs ir sausais ledus — cieta ogļskābā gāze CO2, ko izmanto zemas temperatūras uzturēšanai. Sausais ledus no cieta stāvokļa tieši pāriet gāzveida stāvoklī. Sublimējas arī ''parastais'' ledus — ziemas salā izžūst ārā izžauta veļa, pavasarī pazūd kupenas, neradot peļķes.
Notiek arī sublimācijai pretējā parādība — desublimācija, kad kristalizācija notiek tieši no tvaika (gāzveida fāzes), apejot šķidro fāzi. Ziemā uz logu stikliem veidojas leduspuķes — ledus kristāliņi, kas rodas no telpā esošā ūdens tvaika (3. attēls).
3.att. Leduspuķes uz loga rūts Avots: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Window-Frost.jpg
Desublimāciju plaši izmanto plānu kristāla kārtiņu iegūšanai, iztvaicējot vielas vakuuma. Šādas plānas kārtiņas izmanto mikroelektronikā.
Pirmā un otrā veida fāžu pārejas
Fāzes un agregātstāvokļi
Termodinamiskā sistēma var iekļaut vienu vai vairākas ķīmiskas vielas — elementi vai to savienojumi: sistēmā var būt viens vai vairāki komponenti. Gan vienkomponentes, gan daudzkomponentu sistēmas ir homogēnas, ja to struktūra un īpašības visās vietās ir vienādas, vai arī nehomogēnas, ja struktūra un īpašības dažādās vietās atšķiras.
Nehomogēnas sistēmas sastāv no vairākiem apgabaliem, kurus citu no cita nošķir robežvirsmas. Šos apgabalus, kuru īpašības un struktūra atšķiras, un kuras var atdalīt citu no citas, sauc par fāzēm.
Vienos un tajos pašos apstākļos termodinamiskā sistēmā var pastāvēt viena, divas vai vairākas fāzes. Ja kādas fāzes pastāvēšanas laiks ir neierobežots (tas var būt bezgalīgi ilgs), tad fāze ir stabila. Ja kādas fāzes pastāvēšanas laiks ir ierobežots, to sauc par metastabilu fāzi.
Mainoties stāvokļa parametriem, ikvienas fāzes īpašības un struktūra var mainīties. Šo izmaiņu rezultātā fāze noteiktos apstākļos var pāriet citā fāzē. Tādu pāreju sauc par fāžu pāreju.
Ar fāzes un fāžu pārejas jēdzieniem jau esam pazīstami – zinām, ka viena var atrasties trīs atšķirīgos agregātstāvokļos – cietā, šķidrā un gāzveida (skatīt nodaļu ''Cietas vielas, šķidrumi un gāzes'').
Zināms, ka ledus normālā atmosfēras spiedienā un 0 °C temperatūrā pārvēršas no cietas vielas šķidrumā. Savukārt 100 °C temperatūrā ūdens vārās un pārvēršas tvaikā. Ledum kļūstot par šķidru ūdeni kā arī ūdenim kļūstot par tvaiku, lēcienveidā notiek blīvuma maiņa, molekulārās struktūras maiņa, kā arī mainās daļiņu kustības un mijiedarbības raksturs. Tādējādi vielas agregātstāvokļi ir fāzes – tādi vielas stāvokļi, kuriem mainoties, lēcienveidā mainās vielas īpašības.
Tomēr fāzes jēdziens ir plašāks par agregātstāvokļa jēdzienu. Vienā un tajā pašā agregātstāvoklī, var būt iespējamas vienas un tās pašas vielas vairākas fāzes.
Jebkurš vielas agregātstāvoklis ir fāze, un agregātstāvokļa maiņa — fāžu pāreja. Tā, piemēram, ja noslēgtā traukā atrodas šķidrums un tā piesātināts tvaiks, tad šāda sistēma ir divfāžu sistēma. Kā zinām, pieaugot temperatūrai, daļa šķidruma pāriet tvaikā, tātad notiek fāžu pāreja. Ja šķidruma pāreja tvaikā ir aizkavējusies (pārkarsēts šķidrums), tad fāze ir metastabilā stāvoklī (skatīt nodaļu ''Siltuma procesu grafiki'').
Fāžu pārejas nosacīti iedala tiešās un pretējās fāžu pārejās. Ja pāreja notiek no fāzes, kas stabila zemākās temperatūrās, uz fāzi, kas stabila augstākās temperatūrās, to sauc par tiešu. Tiešās fāžu pārejas notiek, temperatūrai pieaugot, bet pretējās fāžu pārejas — temperatūrai pazeminoties. Tātad, kušana ir tieša fāžu pāreja, bet kristalizācija — pretēja.
Fāžu pārejas iedala arī atkarībā no tā, vai fāžu parēja notiek ar enerģijas pievadīšanu (aizvadīšanu) vai bez tās - izšķir pirmā un otrā veida fāžu pārejas.
Pirmā veida fāžu pārejas
Fāžu pārejas, kas tiešā virziena notiek tikai tad, ja vielai (fāzei) pievada papildus enerģiju, ir pirmā veida fāžu pārejas. Tātad vielas agregātstāvokļu maiņa (kušana, kristalizācija, kondensācija, iztvaikošana, sublimācija) ir pirmā veida fāžu pārejas. Enerģiju, kas tādā gadījumā jāpievada vai jāaizvada, sauc par fāžu pārejas enerģiju. To var pievadīt siltumapmaiņas procesā, vai arī pastrādājot darbu. Tā, piemēram, ledu var izkausēt, tam pievadot noteiktu siltuma daudzumu vai arī, piemēram, divus ledus gabalus berzējot vienu pret otru. Fāžu pārejai nepieciešamo enerģiju vienam kilogramam vielas raksturo īpatnējie siltumi, piemēram, īpatnējais kušanas siltums \(\lambda\) vai īpatnējais iztvaikošanas siltums \(L\) (skatīt nodaļas ''Kušana un sacietēšana'' un ''Iztvaikošana un kondensācija'').
Vielas agregātstāvoklis ir atkarīgs no apstākļiem, kādos viela atrodas - galvenokārt spiediena un temperatūras, jo no tiem, savukārt, atkarīga vielas daļiņu mijiedarbības potenciālā enerģija \(E_\mathrm{p}\) un kustības vidējā kinētiskā enerģija \(E_\mathrm{k}\). Cietām vielām \(\frac{|E_\mathrm{p}|}{E_\mathrm{k}>>1}\) , gāzēm \(\frac{|E_\mathrm{p}|}{E_\mathrm{k}<<1}\) , bet šķidrumiem \(\frac{|E_\mathrm{p}|}{E_\mathrm{k}\approx1}\) . Vielai pārejot no viena agregātstāvokļa otrā, šī attiecība mainās lēcienveidā, jo lēcienveidā izmainās vidējais attālums starp daļiņām un to savstarpējās mijiedarbības spēks.
Enerģijas pievadīšana vai aizvadīšana izskaidro to, ka pirmā veida fāžu pārejās strauji izmainās vielas makroskopiskie raksturlielumi, kā arī tie vielas struktūru un molekulu kustību raksturojošie lielumi, kas saistīti ar enerģiju. Izmaiņas notiek praktiski ''lēcienveidīgi'' — kelvina desmitdaļas šaurā temperatūru intervālā, kas ļauj ievest fāžu pārejas temperatūras jēdzienu. Fāžu pārejas temperatūras ir atkarīgas no spiediena, tādēļ lieto jēdzienu ''fāžu pārejas punkts''.
Tā, piemēram, pirmā veida fāžu pārejās lēcienveidīgi mainās, iekšējā enerģija. Karsējot kristālu, tā iekšējā enerģija līdz kušanas temperatūrai pakāpeniski pieaug, bet fāžu pārejā nemainīgā temperatūrā sasniedz šķidrai fāzei atbilstošo iekšējās enerģijas vērtību, pēc tam atkal turpinot augt pakāpeniski. Arī entropija mainās līdzīgi. Ar to saistīta arī blīvuma (tātad – arī tilpuma) lēcienveidīgā izmaiņa. Tilpuma, iekšējās enerģijas, entropijas un īpatnējās siltumietilpības pie nemainīga spiediena iespējamo izmaiņu piemērs pirmā veida fāzu pārejā shematiski parādītas 1. attēlā a).
Otrā veida fāžu pārejas
1.att. I un II veida fāžu pāreju salīdzinājums
Ja fāžu pāreja notiek bez enerģijas pievadīšanas vai aizvadīšanas, to sauc par otrā veida fāžu pāreju.
Otrā veida fāžu pārejas notiek, nemainoties vielas agregātstāvoklim. Ne visas šīs dažādās fāzes var vizuāli atšķirt, jo ārēji pamanāmas izmaiņas vielā var nenotikt.
Otrā veida fāžu pārejām arī ir raksturīgi noteikti fāžu pārejas punkti (fāžu pārejas temperatūras). Šajos punktos viela, nepārtraukti mainoties tās stāvoklim, iegūst vai zaudē kādu kvalitatīvi jaunu īpašību, piemēram, simetriju, konkrētas magnētiskās, elektriskās vai mehāniskās īpašības.
Ir zināms daudz dažādu otrā veida fāžu pāreju. Lūk tikai daži piemēri:
- pāreja no feromagnētiskās fāzes paramagnētiskajā fāzē (pāreja notiek Kirī temperatūrā \(T_\mathrm{K}\). Piemēram, dzelzs Kirī temperatūra ir 1043 \(K\));
- pāreja no/uz supravadošu stāvokli (stāvokli, kurā vielai nav elektriskās pretestības). Ja metālus dzesē, tad to elektriskā pretestība parasti vienmērīgi samazinās. Tomēr pastāv vielas, arī metāli, kurām pie noteiktas temperatūras \(T_\mathrm{S}\) pretestība pēkšņi samazinās līdz nullei (2. attēlā). Tādā gadījumā ir notikusi fāžu pāreja uz supravadošu stāvokli bez ārēji pamanāmām izmaiņām.
2.att. Supravadītspējas iestāšanās
- pāreja no supraplūstamības fāzes parastā (šāda īpašība piemīt šķidram hēlijam temperatūrās, kas tuvas absolūtajai nullei);
- pāreja starp dažādām molekulārām struktūrām (polimorfiem, alotropiem vai poliamorfiem), īpaši cietām vielām, piemēram, starp amorfu struktūru un kristāla struktūru, starp divām dažādām kristāla struktūrām vai starp divām amorfām struktūrām (piemēram skatīt nodaļu Vielas stāvokļa diagramma'').
Otrā veida fāžu pārejās iekšējā enerģija un entropija mainās bez lēciena, fāžu pārejas temperatūrā abām fāzēm ir vienādas šo lielumu vērtības. Tomēr atšķirīgs ir šo lielumu maiņas straujums atkarībā no temperatūras pirms un pēc fāžu pārejas. Iekšējās enerģijas izmaiņas ''straujums'' atkarībā no temperatūras faktiski izsaka vielas siltumietilpību, tātad, notiekot otrā veida fāžu pārejai, īpatnējā siltumietilpība mainās lēcienveidīgi.
Tilpuma, iekšējās enerģijas, entropijas un īpatnējās siltumietilpības pie nemainīga spiediena iespējamās izmaiņas otrā veida fāzu pārejā shematiski parādītas 1. attēlā b). Aplūkota situācija, kad iekšējās enerģija atkarībā no temperatūras pirms fāzu pārejas (zemākās temperatūrās), temperatūrai pieaugot, palielinās straujāk nekā pēc fāžu pārejas, kādēl īpatnējā siltumietilpība fāzu pārejā lēcienveidā samazinās.
Atkarībā no iekšējās enerģijas un entropijas maiņas straujuma pirms un pēc fāžu pārejas temperatūras, otrā veida fāžu pārejas iedala A un B tipos. (3. attēlā redzams, kā otrā veida fāžu pārejā varētu mainīties entropija un īpatnējā siltumietilpība).
3.att. Entropijas un siltumietilpības maiņa II veida fāzu pārejā