状态图与三相点

状態図と三重点

II 物質の状態と変化／状態の変化

一句话结论

状态图用温度与压力两个坐标把每一种组合对应到一种状态。三条曲线交于三相点（三态共存）；超过临界点就分不出液气。水的熔化曲线向左倾，所以加压会让冰融化 —— 这是水的特殊之处。

干冰放在桌上会直接变成气体，从不见它化成水一样的液体。而冰放在桌上会先化成水。同样是固体，为什么一个有液态阶段、一个没有？答案在状态图上一眼可见 —— 二氧化碳的三相点在 1 大气压之上。

为什么是这样

物质处于哪一态，由温度与压力共同决定。把横轴取温度、纵轴取压力，画出各状态的分界线，得到的图叫状态图。三条分界线各有名字：固液之间是熔化曲线，液气之间是蒸气压曲线，固气之间是升华压曲线。

三条线交于一点，那里固・液・气三态同时共存，叫三相点。而蒸气压曲线并不无限延伸 —— 它止于临界点。超过临界点，液体与气体的密度趋于一致、界面消失，物质变成既非液体也非气体的超临界流体。

读图的规则很简单：在蒸气压曲线上方（高压侧）是液体、下方是气体；在熔化曲线左侧（低温侧）是固体、右侧是液体；在升华压曲线上方是固体、下方是气体。沿着某个压力画一条水平线，从左往右走，就能看出升温时这个物质会依次经历哪些状态。

水的状态图有一处与大多数物质相反：熔化曲线向左倾斜。这意味着在固液分界附近升高压力会让冰融化（水平往右不动、竖直往上却穿过了曲线）。原因是冰的密度小于水 —— 加压会把体积压小，于是倾向于变成密度更大的液态。溜冰时冰刀下的压力使冰融化出一层水膜，就是这个道理。

二氧化碳的三相点在 5.17×10⁵ Pa —— 高于 1 大气压。所以在常压（1.013×10⁵ Pa）下画一条水平线，它完全在三相点之下，从左往右只会穿过升华压曲线 —— 固体直接变气体。这就是干冰不经过液态的原因。要得到液态二氧化碳，必须加压到 5.17×10⁵ Pa 以上。

由状态图还能读出各种常数。三相点的温度与压力、临界点的温度与压力、以及任意外压下的沸点与熔点（水平线与蒸气压曲线、熔化曲线的交点）。上一节的「外压降低则沸点降低」在图上就是水平线下移、与蒸气压曲线的交点左移。

给定压力问「升温会经历哪些状态」时，画一条水平线从左往右扫。看它依次穿过哪些曲线，就依次发生哪些变化。

登录后免费阅读全文

本节还有 7 部分，以及配套的真题和小测验。