Diagrama de fases

Na Química Física, Mineraloxía, e Ciencia dos materiais, un diagrama de fases é un tipo de gráfica usada para mostrar condicións equilibrio termodinámico entre diferentes fases. En matemáticas e física, un diagrama de fases tamén ten un significado distinto, como sinónimo de phase space. Diagramas de fases para un só composto
Diagramas de fases bidimensionais (2D)
Diagramas Presión-temperatura
Os diagramas de fases máis sinxelos son os diagramas presión-temperatura para unha única substancia, como a auga. Os eixos corresponden á presión e á temperatura. O diagrama de fases amosa, no espazo presión-temperatura, as liñas de equilibrio ou límites de fase entre as tres fases sólido, líquido, e gas.
As marcas no diagrama de fases indican os puntos onde a enerxía libre non é analítica. Os espazos abertos, onde a enerxía libre é unha función analítica, corresponde ás fases. As fases están separadas por liñas, onde ocorren os cambios de fase, que son os chamados límites de fase.
No diagrama da esquerda, o límite entre as fases líquida e gasosa non continúan indefinidamente. En troques, este remata nun punto do diagrama de fases chamado punto crítico. Isto reflicte o feito de que, a presións e temperaturas moi elevadas, as fases líquida e gasosa vólvense indistinguibles, o que é coñecido como fluído supercrítico. Na auga, o punto crítico está en torno 647 K (374 °C ou 705 °F) e 22. 064 MPa.
A existencia do punto crítico entre líquido e gas revela unha pequena ambigüidade nas definición de enriba. Cando cambiamos da fase líquida á gasosa, normalmente cruzase o límite de fase, pero é posible escoller un camiño que nunca cruce o límite indo pola dereita do punto crítico. Polo tanto, as fases líquida e gasosa poden mesturarse continuamente unha na outra. Porén, o límite entre as fases líquida e sólida só pode rematar nun punto crítico, deste xeito ámbalas dúas fases teñen o mesmo grupo simétrico.
Obsérvese que o límite entre as fases sólida e líquida no diagrama de fases ten pendente positiva para a maioría das substancias. Isto é debido a que a fase sólida ten unha maior densidade que a líquida, así que incrementando a presión tamén aumenta o punto de fusión; a temperatura á cal unha substancia se funde. Nalgúns lugares do diagrama de fases para a auga o límite entre as fases sólida e líquida ten unha pendente negativa (especialmente aquela correspondente á zona de presión standard). Isto reflicte o feito de que o xeo ten menor densidade que a auga, o cal é unha propiedade infrecuente para un material.
Diagramas de fases tridimensionais ( 3D)
É posible visualizar gráficos en tres dimensións ( 3D) que amosen tres variables termodinámicas. Por exemplo para un composto sinxelo, un sistema de eixes cartesianos en 3D pode representar a temperatura ( T ) nun eixe, a presión (P) nun segundo eixe, e o volume específico (v) no terceiro. Esta gráfica chámase ás veces diagrama P-v-T. As condicións de equilibrio represéntanse coma superficies curvas tridimensionais con áreas para as fases sólida, líquida e vapor e áreas onde as fases sólida e líquida, sólida e vapor ou líquido e vapor coexisten en equilibrio. Unha liña da superficie coñécese como liña tripla onde as fases sólida, líquida e vapor coexisten todas en equilibrio. O punto crítico permanece tamén coma un punto no diagrama en 3D. Unha Proxección ortográfica do diagrama P-v-T amosa a presión e a temperatura nos eixes vertical e horizontal cando colapsamos a gráfica 3D nun diagrama presión-temperatura bidimensional. Cando isto sucede, as superficies sólido-vapor, sólido-líquido e líquido-vapor aparecen coma as correspondentes curvas que se encontran no punto triplo, o cal é o colapso da proxección ortográfica da liña tripla.