物質の相と状態図

テイラー・デビッドソン/ EyeEm /ゲッティイメージズ

あ 相図 のグラフ表示です プレッシャー と 温度 材料の。相図はの状態を示します 案件 所定の圧力と温度で。これらは、フェーズ間の境界と、圧力および/または温度が変化してこれらの境界を越えるときに発生するプロセスを示しています。この記事では、状態図から学べることと、その読み方について概説します。

相図 - 物質の相と相転移

これは、相境界と色分けされた相領域を示す 2 次元相図の例です。 トッド・ヘルメンスタイン

物質の特性の 1 つは、その状態です。 物質の状態 含む 個体 、 液体 また ガス フェーズ。高圧および低温では、物質は固相になります。低圧と高温では、物質は気相にあります。 2 つの領域の間に液相が現れます。この図では、点 A はソリッド領域にあります。ポイント B は液相にあり、ポイント C は気相にあります。

フェーズ ダイアグラム上の線は、2 つのフェーズ間の分割線に対応します。これらの線は相境界として知られています。相境界上の点では、物質は、境界の両側に現れるいずれかの相または他の相にある可能性があります。これらの相は互いに均衡して存在します。

相図には 2 つの重要なポイントがあります。ポイント D は、3 つのフェーズすべてが交わるポイントです。材料がこの圧力と温度にある場合、材料は 3 つのフェーズすべてで存在できます。この点を トリプルポイント .

もう 1 つの興味深い点は、圧力と温度が十分に高く、気相と液相の違いがわからない場合です。この領域の物質は、気体と液体の両方の特性と挙動を示すことができます。この領域は超臨界流体領域として知られています。これが発生する最小の圧力と温度、この図のポイント E は臨界点として知られています。

一部の相図では、他の 2 つの重要な点が強調されています。これらのポイントは、圧力が 1 気圧に等しく、相境界線を超えるときに発生します。点が固体/液体の境界を横切る温度は、通常の凝固点と呼ばれます。点が液体/気体の境界を横切る温度は、標準沸点と呼ばれます。状態図は、圧力または温度がある点から別の点に移動したときに何が起こるかを示すのに役立ちます。パスが境界線を越えると、位相変化が発生します。

相変化の名称

各境界交差点には、境界が交差する方向に応じて独自の名前が付けられています。

固液境界を越えて固相から液相に移動するとき、材料は融解しています。

反対方向、液相から固相に移動すると、材料は凍結します。

固相から気相へと移動するとき、物質は昇華します。気体から固相への反対方向では、材料は堆積します。

液相から気相に変化することを気化といいます。気相から液相への反対方向は、凝縮と呼ばれます。

要約すれば：
固体→液体： 溶融
液体→固体： 凍結
固体→気体：昇華
気体→固体：堆積
液体→気体：気化
気体→液体：凝縮

プラズマなど、物質の他の相があります。ただし、これらの相を形成するには特別な条件が必要なため、相図には含まれない傾向があります。

一部の状態図には、追加情報が含まれています。たとえば、結晶を形成する物質の状態図には、考えられるさまざまな結晶形を示す線が含まれている場合があります。水の状態図には、氷が斜方晶と六方晶を形成する温度と圧力が含まれる場合があります。有機化合物の相図には、固体と液体の間の中間相である中間相が含まれる場合があります。メソフェーズは、液晶技術にとって特に興味深いものです。

相図は一見単純に見えますが、読み方を学ぶ人にとっては資料に関する豊富な情報が含まれています。

ソース

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