Come si realizza un diagramma di fase per l'acqua?

Sapendo dove il normale i punti di ebollizione e di congelamento sono (a #"1 atm"#), punto critico e punto triplo sono e la pendenza delle curve di coesistenza liquido-solido, liquido-vapore e vapore solido.

Si noti che il diagramma di fase è semplicemente un grafico pressione vs. temperatura.

Sappiamo che #T_f = 0^@ "C"# at #"1 atm"# e #T_b = 100^@ "C"# at #"1 atm"# sono la normale congelamento e punti di ebollizione, Rispettivamente.

The punto critico è quando il liquido e il vapore esistono allo stesso tempo, per alcuni #(P_c,T_c)# su una #P# vs #T# grafico. Per l'acqua, #P_c = "218.3 atm"# e #T_c = 374.2^@ "C"#.

The punto triplo è quando il solido, il liquido e il vapore esistono allo stesso tempo, in alcuni #(P_"trpl", T_"trpl")#. Per l'acqua, #T_"trpl" = 0.01^@ "C"# e #P_"trpl" = "0.006032 atm"#.

The Equazione di Clapeyron descrive la pendenza di una curva di coesistenza, #(dP)/(dT) = (DeltabarH_"trs")/(TDeltabarV_("trs"))#. Omettiamo la derivazione, ma:

• #DeltabarH_"trs"# è il molare entalpia della transizione di fase.
• #DeltabarV_"trs"# è la variazione del volume molare dovuta alla transizione di fase.
• #T# è la temperatura in #"K"#.

Usando l'equazione di Clapeyron:

• Per la curva di coesistenza liquido-solido nel diagramma delle fasi dell'acqua, #(dP)/(dT) < 0#, da #DeltabarV_((l)->(s)) > 0# e #DeltabarH_"frz" < 0#, che indica quello l'acqua si espande quando si congela (questo è insolito).
• Per la curva di coesistenza vapore-liquido, #(dP)/(dT) > 0#, da #DeltabarV_((l)->(g)) > 0# e #DeltabarH_"vap" > 0#, che indica quello l'acqua si espande quando vaporizza (come di solito).
• Per la curva di coesistenza del vapore solido, #(dP)/(dT) > 0#, da #DeltabarV_((s)->(g)) > 0# e #DeltabarH_"sub" > 0#, che indica quello l'acqua si espande quando sublima (chiaramente).

Metti tutto insieme in un diagramma di fase:

Nota semplicemente dove si trova ogni punto e dovresti essere in grado di disegnare almeno la sua forma generale. Si noti che il diagramma di fase è semplicemente un grafico pressione vs. temperatura.