Vaihekaavion fysiikka

Vaihekaavio, kuvaaja, joka esittää yksittäisen aineen tai aineiden seoksen kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten vaiheiden rajoittavia olosuhteita paineen ja lämpötilan muuttuessa tai jossain muussa muuttujien yhdistelmässä, kuten liukoisuus ja lämpötila. Kuvio esittää tyypillisen vaihekaavion yksikomponenttiselle järjestelmälle (eli sellaiselle, joka koostuu yhdestä puhtaasta aineesta), käyrät on saatu mittauksista, jotka on tehty eri paineissa ja lämpötiloissa. Missä tahansa pisteessä käyrien erottamilla alueilla paine ja lämpötila sallivat vain yhden vaiheen (kiinteän, nestemäisen tai kaasun) olemassaolon, ja lämpötilan ja paineen muutokset käyrien pisteisiin saakka eivät muuta tätä vaihetta. Missä tahansa käyräpisteessä lämpötila ja paine mahdollistavat kahden vaiheen olemassaolon tasapainossa: kiinteä ja nestemäinen, kiinteä ja höyry tai neste ja höyry. Esimerkiksi nesteen höyrynpaineen lämpötilan vaihtelulle piirretty viiva on raja nesteen ja höyryn välillä; vain höyryä voi esiintyä linjan matalapaineisella, korkean lämpötilan puolella, kun taas aineen on oltava nestemäistä korkeapaineisen, matalan lämpötilan puolella; neste ja höyry esiintyvät yhdessä lämpötiloissa ja paineissa, jotka vastaavat linjan pisteitä; paikassa, jossa tämä linja katoaa, jota kutsutaan kriittiseksi pisteeksi, nesteestä ja sen höyrystä tulee erottamattomia. Nesteen ja kiinteän aineen välisellä linjalla voidaan löytää sulamislämpötilat eri paineille. Kolmen käyrän risteys, jota kutsutaan kolminkertaiseksi pisteeksi, edustaa ainutlaatuisia olosuhteita, joissa kaikki kolme vaihetta ovat tasapainossa yhdessä. Kahden komponentin vaihekaavio näyttää yleensä sulamiskäyrät lämpötilan ja koostumuksen kaaviossa.

neste: puhtaan aineen vaihekaavio

Kun puhtaan aineen lämpötila ja paine on kiinteät, myös aineen tasapainotila vahvistetaan. Tätä havainnollistetaan

Vaihekaaviot ovat erityisiä kullekin aineelle ja seokselle. Monimutkaiset seokset voivat vaatia kolmiulotteisia vaihekaavioita, jotka voidaan esittää kahdessa ulottuvuudessa perspektiivin avulla. Vaihekaavioita käytetään laajasti mineraalitasapainojen tutkimuksissa kivien ja mineraalien muodostumisolosuhteiden suhteen maapallolla. Ne ovat myös korvaamattomia, kun suunnitellaan teollisuuslaitteita ja etsitään optimaalisia olosuhteita valmistusprosesseille ja määritettäessä aineiden puhtautta.