Diagramma di stato di una sostanza pura e determinazione della varianza

Diagramma di stato di una sostanza pura e determinazione della varianza

Un diagramma di stato di una sostanza pura è un grafico in cui abbiamo all'ordinata la Pressione e sull'ascisse la Temperatura e ci permette di constatare in che stato o stati si trova la nostra sostanza a determinati valori di temperatura e pressione. 

E' formato da tre curve: ST, che contraddistingue l'equilibrio tra la fase solida e vapore; TC, in qui la nostra sostanza si trova sia allo stato liquido sia allo stato vapore; AT, che indica l'equilibrio tra lo stato solido e liquido. Identifichiamo poi il punto T, detto punto triplo, in cui la nostra sostanza si trova contemporaneamente in tutte e tre le fasi. 

Nelle superfici delimitate da queste curve abbiamo (come indicato dal grafico) la nostra sostanza presente in un'unica fase.

Il punto F e il punto E sono rispettivamente il punto di fusione e di ebollizione della nostra sostanza, in questo caso l'acqua, a condizioni normali (P = 1 ATM).  Sulla retta AT e sulla curva TC possiamo quindi determinarci i punti di fusione e di ebollizione a determinati valori di pressione. Il punto C corrisponde al punto critico, oltre il quale non esiste equilibrio tra la fase liquida e vapore in quanto oltre quella temperatura la sostanza esiste solo allo stato di gas. L'andamento esponenziale della curva ST (di sublimazione) e della TC (di evaporazione) è dato dalla equazione di Clapeyron à .

La varianza corrisponde al numero di variabili che possiamo modificare in modo da mantenere lo stesso stato del sistema. Un sistema zerovariante è dato da una coppia di P e T unica, ad es. il punto triplo del diagramma di stato; un sistema monovariante lo abbiamo lungo i punti delle tre curve, ove per un determinato valore di P ne corrisponde solo un altro di T o viceversa; mentre abbiamo un sistema bivariante negli altri punti del diagramma, in cui possiamo assegnare diversi valori a P e T e mantenendo sempre la stessa fase. La varianza si calcola con la formula in cui corrisponde al numero delle fasi presenti in quel determinato punto, e c al numero dei componenti del sistema, che a sua volta si calcola in cui a è il numero singole specie chimiche presenti, b è il numero reazioni reversibili e c il numero di vincoli stechiometrici (es. per il sistema, il vincolo è ).