แผนภาพเฟส

แผนภาพเฟสแสดง เฟส ที่สมดุลของสารตามอุณหภูมิ ความดัน และในระบบผสมอาจรวม องค์ประกอบ เส้นขอบเขตคือสภาวะที่สอง เฟส อยู่ร่วมกันได้ ส่วนจุดพิเศษอย่าง จุดสามจุด และ จุดวิกฤติ มีความหมายทางอุณหพลศาสตร์ชัดเจน

พื้นที่และเส้นขอบเขต

ภายใน ภูมิภาค หนึ่ง เฟส มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ส่วนบน ศักยภาพทางเคมีของขอบเขต ของสอง เฟส เท่ากันและ อยู่ร่วมกัน ได้ เมื่อข้ามเส้น เฟส ที่เสถียรเปลี่ยน

แผนภาพเป็น แผนที่สมดุล ไม่ใช่แผนที่อัตราการเปลี่ยนเฟส ตัวอย่างจริงอาจ ซุปเปอร์คูล หรือคง สถานะที่สามารถแพร่กระจายได้ อยู่ชั่วคราว

จุดสามจุด

จุดสามจุด คือ P,T เฉพาะที่สาม เฟส อยู่สมดุลพร้อมกัน สำหรับน้ำอยู่ใกล้ 273.16 K และ 611 Pa

อย่าสับสน จุดสามจุด กับจุดหลอมเหลวหรือจุดเดือดที่ 1 atm ซึ่งได้จากจุดตัดของเส้น ความกดดัน 1 atm กับ ขอบเขตเฟส

จุดวิกฤติ

เส้น ของเหลว-ไออยู่ร่วมกัน สิ้นสุดที่ จุดวิกฤติ เหนือ อุณหภูมิวิกฤต ไม่มีเส้นแบ่ง ลำดับแรก ที่คมระหว่าง ของเหลว กับ แก๊ส และได้ ของไหลวิกฤตยิ่งยวด

การเพิ่ม ความกดดัน อย่างเดียวเหนือ T_c ไม่ทำให้เกิด เฟสของเหลวที่แตกต่าง แบบต่ำกว่า จุดวิกฤติ

สมการ คลาเปรอน

ความลาดชัน ของ เส้นการอยู่ร่วมกันเชื่อฟัง dP/ดีที=ΔS/ΔV=ΔH/(TΔV) จึงเชื่อมทิศของเส้นกับ ความร้อนแฝง และ การเปลี่ยนแปลงระดับเสียง

เส้น ของแข็ง-ของเหลว ของน้ำมี ความลาดชัน ลบในช่วงปกติ เพราะน้ำเหลวมีปริมาตรต่อโมลน้อยกว่าน้ำแข็งเมื่อหลอม ทำให้ ΔV<0

ระบบสององค์ประกอบ

แผนภาพเฟสไบนารี่ อาจใช้แกน อุณหภูมิ-องค์ประกอบ และมี เฟสเดียว, สองเฟส หรือ ภูมิภาคยูเทคติก การใช้ กฎคันโยก ช่วยหาสัดส่วน เฟส ใน ภูมิภาคสองเฟส ได้

แนวคิดจาก แผนภาพพี-ที ของสารบริสุทธิ์ยังช่วยได้ แต่จำนวน ระดับความเป็นอิสระ และความหมายของแกนต่างกัน จึงไม่ควรใช้สูตรเดิมแบบตรง ๆ

กฎเฟสกิ๊บส์

กฎเฟสของ กิ๊บส์ F=C−P+2 ช่วยนับ ระดับความเป็นอิสระ ของระบบสมดุล สำหรับสารบริสุทธิ์ C=1 ใน ภูมิภาคเฟสเดียว มี F=2 จึงปรับ T และ P ได้อิสระสองตัว บนเส้น การอยู่ร่วมกัน มี P=2 จึงเหลือ F=1

ที่ จุดสามจุด มี P=3 ทำให้ F=0 ดังนั้นอุณหภูมิและความดันถูกกำหนดเฉพาะ ไม่สามารถเลื่อนไปมาโดยยังคงสาม เฟส อยู่ร่วมสมดุล

การแพร่กระจาย และ การสร้างนิวเคลียส

ของเหลวสามารถ ซุปเปอร์คูล ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งสมดุลได้ถ้ายังไม่มี นิวเคลียส ที่เหมาะสม และของเหลวสามารถ ความร้อนยิ่งยวด ได้ในบางเงื่อนไข สิ่งนี้ไม่ทำให้ แผนภาพเฟส ผิด เพราะ แผนภาพ บอก สภาวะสมดุล ไม่ได้บอก สิ่งกีดขวาง ของ การสร้างนิวเคลียส

เมื่อ การสร้างนิวเคลียส เริ่มแล้ว ความร้อนแฝง และการเติบโตของ เฟส ใหม่สามารถทำให้อุณหภูมิของ ตัวอย่าง เปลี่ยนอย่างรวดเร็ว จึงต้องแยก อุณหพลศาสตร์ จาก จลนศาสตร์

แบบฝึกหัด

บนเส้น ของเหลว-ไอ

สภาวะอยู่บน เส้นการอยู่ร่วมกัน

เฉลย: สอง เฟส อยู่ร่วมสมดุลได้

เหนือ สำคัญ T

เพิ่ม ความกดดัน

เฉลย: ไม่มี ขอบเขตลำดับที่หนึ่งจากก๊าซเป็นของเหลว ที่คม

น้ำ

ΔV ของการหลอม <0

เฉลย: สอดคล้องกับ ความชันของของแข็ง-ของเหลว ที่เป็นลบ