Mini-kurzus
Fázisdiagramok
A fázisdiagram azt mutatja meg, melyik halmazállapot vagy fázis termodinamikailag stabil adott hőmérsékleten és nyomáson. Egy egykomponensű p–T diagramon a határvonalak két fázis egyensúlyát, a hármaspont három fázis egyidejű egyensúlyát jelöli.
Mit jelent egy tartomány?
A szilárd, folyadék és gáz régiók nem azt mondják meg, milyen gyorsan történik átalakulás, hanem melyik fázis a stabil egyensúlyi állapot az adott p és T mellett. Egy metastabil állapot — például túlhűtött folyadék — átmenetileg fennmaradhat, ezért a valós pillanatnyi állapot nem mindig azonnal követi a diagram egyensúlyi jóslatát.
Fázishatárok
Olvadási, párolgási és szublimációs görbén két fázis kémiai potenciálja megegyezik, ezért egyensúlyban együtt lehetnek jelen. Ha átlépjük a vonalat, megváltozik a stabil fázis. A határ meredekségét a Clapeyron-egyenlet kapcsolja a fázisátalakulás entalpiájához és térfogatváltozásához.
Hármaspont
A hármaspont egyetlen meghatározott nyomás–hőmérséklet pár egykomponensű rendszerben, ahol három fázis egyensúlyban létezhet. Nem egy széles tartomány. A víz hármaspontja különösen fontos metrológiai történetileg, mert jól reprodukálható termodinamikai referenciaállapotot ad.
Kritikus pont
A folyadék–gáz együttélési görbe a kritikus pontban véget ér. E fölött nincs éles határ folyadék és gáz között: szuperkritikus fluidumról beszélünk. A sűrűség és más tulajdonságok folyamatosan változhatnak. Emiatt a „minden gázt elég nagy nyomással folyadékká lehet tenni” állítás a kritikus hőmérséklet fölött nem igaz egyszerűen.
Miért különleges a víz olvadási görbéje?
A legtöbb anyag szilárd fázisa sűrűbb a folyadéknál, ezért nagyobb nyomás emeli az olvadáspontot. Víznél a közönséges jég kisebb sűrűségű a folyékony víznél, így az olvadási görbe kis nyomástartományban negatív meredekségű: nagyobb nyomás kissé csökkentheti az olvadáspontot.
Normál forráspont nem univerzális forráspont
A folyadék akkor forr, amikor gőznyomása eléri a külső nyomást. A „100 °C-os vízforrás” csak körülbelül 1 atm külső nyomásra vonatkozó állítás. Magas hegyen alacsonyabb nyomás miatt alacsonyabb, kuktában magasabb nyomás miatt magasabb hőmérsékleten forr a víz.
Többkomponensű diagramok
Keverékek fázisviszonyaihoz összetételtengely is kellhet. Kétkomponensű rendszereknél eutektikus pontok, oldhatósági tartományok és több szilárd fázis jelenhet meg. Ezeket az anyagtudomány és kohászat használja annak megjóslására, milyen mikroszerkezet alakulhat ki hűtés során.
Próbáld ki
Mi történik elvileg egy folyadékkal, ha állandó hőmérsékleten csökkentjük a nyomást és átlépjük a folyadék–gáz egyensúlyi vonalat?
Megoldás
A gázfázis válik termodinamikailag stabilabbá, ezért párolgás/forrás indulhat. A tényleges sebességet nukleáció és hőátadás is befolyásolja.