相与相变

相图

把它想成一张天气图,只不过它标的不是哪里晴、哪里雨,而是哪里物质会是固体、液体还是气体。画一张图,纵轴往上是压强,横轴往右是温度;然后对每一种组合,标出物质会落在哪个相。这张填满的地图,就是相图。

这张图被划分成几块区域——一块固体、一块液体、一块气体——彼此用线隔开。每条线标出两个相平衡共存的条件,所以越过一条线就意味着一次相变。这些线汇聚在两个特殊的点:三相点,三个相在此同时共存;临界点,液气分界线在此戛然而止,两者再也分不开。任挑一个压强和温度,在图上找到你的位置,就能读出此处是哪个相。

相图是化学、地质学和材料科学的实用地图。它告诉你要让灭火器里的二氧化碳保持液态需要多大压强、为什么溜冰鞋能滑、地底深处在什么条件下能锻造出钻石、以及怎样把咖啡冻干。水的相图甚至有一条出名地往左倾斜的熔化线——它的固体比液体密度还小,这正是冰会浮起来的原因。

在水的相图上,1 个大气压、25 °C 那一点落在液体区域之内——这不过是用图来确认:一杯水在那种条件下就是液态。

图上一个点的位置告诉你相,一条线告诉你相变。

水很反常:它的固液分界线略微向左倾,意思是压强越大、熔点反而越低。对大多数物质,这条线是向右倾的。这个怪脾气源于冰比液态水密度更小。

又称
相图相圖