🧊 Wykres fazowy — ciało stałe, ciecz i gaz z punktem potrójnym

Punkt potrójny to unikalne połączenie temperatury i ciśnienia, przy którym faza stała, ciekła i gazowa substancji współistnieją jednocześnie w stanie równowagi. Dla wody występuje on dokładnie przy 273,16 K i 611,7 Pa — wartość na tyle precyzyjnie odtwarzalna, że historycznie posłużyła do zdefiniowania jednostki kelwina. Na wykresie jest to jedyny punkt, w którym spotykają się krzywe topnienia, sublimacji i parowania.

Punkt krytyczny (Tc, Pc) oznacza koniec krzywej współistnienia cieczy i pary. Powyżej tej temperatury i ciśnienia nie ma już wyraźnej granicy między cieczą a gazem — obie fazy stają się jednym płynem nadkrytycznym o właściwościach pośrednich między nimi. Dla wody dzieje się to przy 647,1 K i 22,06 MPa; dla CO₂ dzieje się to przy znacznie łatwiej osiągalnych 304,2 K i 7,38 MPa, dlatego nadkrytyczny CO₂ jest szeroko stosowany przemysłowo, na przykład przy odkofeinowaniu.

Równanie Clausiusa-Clapeyrona mówi, że dP/dT = ΔS/ΔV wzdłuż krzywej współistnienia faz. Dla topnienia ΔS jest zawsze dodatnie (ciecz jest bardziej nieuporządkowana niż ciało stałe), więc znak nachylenia zależy od ΔV, czyli zmiany objętości podczas topnienia. Woda jest jedną z niewielu powszechnych substancji, w których lód zajmuje większą objętość niż ciecz, w którą się topi, co sprawia, że ΔV jest ujemne, a więc dP/dT również jest ujemne — dlatego wzrost ciśnienia obniża temperaturę topnienia wody, zamiast ją podnosić.

Sublimacja to bezpośrednie przejście z ciała stałego w gaz bez fazy ciekłej. Zachodzi zawsze, gdy ciśnienie jest niższe od ciśnienia w punkcie potrójnym, dlatego krzywa sublimacji — modelowana tu za pomocą równania w stylu Antoine'a log₁₀P = A − B/T — opisuje prężność pary fazy stałej w temperaturach poniżej Ttr. Suchy lód (stały CO₂) sublimuje w zwykłym ciśnieniu atmosferycznym, ponieważ punkt potrójny CO₂ (516,6 kPa) leży znacznie powyżej 1 atmosfery, więc ciekły CO₂ nie może istnieć przy normalnym ciśnieniu.

Ciśnienia pary i sublimacji podlegają zależności Clausiusa-Clapeyrona, która przewiduje wykładniczą zależność od temperatury (P ∝ e^(−B/T)), więc na liniowej osi ciśnienia krzywa w pobliżu punktu potrójnego jest ściśnięta w niemal niewidoczny skrawek, podczas gdy krzywa w pobliżu punktu krytycznego dominuje na wykresie. Przełączenie na logarytmiczną oś P, co umożliwia ta symulacja, rozciąga obszar niskich ciśnień, dzięki czemu krzywa sublimacji i niskotemperaturowa część krzywej parowania stają się wyraźnie widoczne obok obszaru wysokociśnieniowego punktu krytycznego.