關於相變、臨界溫度和三相點的文章
在討論理想氣體定律時，我們已經解釋過，理想氣體定律只有在實際氣體的壓力和密度不太大時才能準確描述實際氣體的行為。如果壓力和實際氣體的密度夠大，或者當實際氣體的溫度接近沸點時，理想氣體定律就會給出不準確的結果。這與實際氣體分子間的相互作用有關。氣體壓力與氣體體積成反比。當氣體壓力夠大時，氣體體積會減少。由於氣體體積減小，氣體分子之間的距離會縮短。當分子之間的距離縮短時，分子之間就會相互吸引。這就像把一塊鐵放在磁鐵上一樣。如果磁鐵和鐵之間的距離夠遠，磁鐵就無法吸引鐵。但如果磁鐵和鐵之間的距離很近，鐵就會被磁鐵吸引。
因此，氣體分子就像磁鐵一樣。當分子間的距離夠近時，分子間會產生吸引力。這種吸引力會導致分子間距離進一步縮小（氣體體積減少）。通常，這種情況發生在氣體壓力足夠大時（壓力大，體積小；體積小，分子間距離就更近）。因此，當實際氣體的壓力和密度都很大時，理想氣體定律就無法提供準確的結果。
壓力與壓力體積關係圖
為了更好地理解上述問題，我們來回顧一下圖示，該圖展示了氣體壓力和體積之間的關係。曲線 1、2、3 和 4 顯示了相同氣體在不同溫度下的行為。曲線 1 對應的氣體溫度高於曲線 2。曲線 2 對應的氣體溫度高於曲線 3。曲線 3 對應的氣體溫度高於曲線 4。圖中的斜線即為曲線。氣體溫度始終保持不變，這只會改變氣體的壓力 (P) 和體積 (V)。
根據理想氣體定律，從數字 1 出發的直線必須終止於數字 1。同樣，從數字 2 出發的直線必須終止於數字 2。然而，實際氣體的體積與理想氣體定律的預測並不完全一致。當氣體壓力夠大時，氣體體積會減少，偏離理想氣體定律的預測（比較曲線 1 和曲線 2）。氣體體積偏差的大小也取決於溫度。如果氣體溫度較低，接近熔點（即沸點，點 b），則氣體的體積偏差通常比溫度較高時更大（比較曲線 1、2、3 和 4）。這主要是由於氣體分子間的吸引力造成的，如前所述。
上圖的曲線 3 顯示了物質在其臨界溫度下的行為。曲線 3 經過的點 c 稱為臨界點。在高於臨界溫度的溫度下，即使施加相當大的壓力，氣體也無法轉變為液體（與曲線 2 和曲線 1 比較）。施加的壓力只會使氣體的體積減小，但無法將氣體轉化為液體。相反，在低於臨界溫度的溫度下，如果施加絕對壓力，氣體就會轉變為液體（與曲線 3 比較）。在臨界溫度下能夠使氣體轉變為液體的壓力稱為臨界壓力。每種物質都有不同的臨界溫度和臨界壓力。
上圖的曲線 4 顯示了物質從氣態到液態的轉變過程。陰影區域（形狀像一座山）是氣液平衡區域。起初，氣體的體積較大。隨著氣體壓力的增加，氣體的體積逐漸減小，直到達到 b 點（b 點為熔點，也稱為沸點）。到達 b 點後，氣體開始液化。在氣體液化過程中（從 b 點到 a 點），即使壓力沒有增加（以直線表示），物質的體積也會減少。在 a 點，所有氣體都已液化。到達 a 點後，繼續增加壓力只會導致體積發生微小的變化（以非常陡峭的曲線表示）。
在日常生活中，我們經常使用「蒸汽」和「氣體」這兩個詞。例如，水蒸氣或氮氣。我們很少稱水蒸氣為水煤氣，儘管水蒸氣是由水產生的氣體。氮氣、氧氣等也是如此。氮氣或氧氣通常被稱為氣體。氣體和蒸氣的意思不同。如果某種物質產生的氣體溫度低於該物質的臨界溫度，我們就稱之為蒸氣。相反，如果某種物質產生的氣體溫度高於該物質的臨界溫度，我們就稱之為氣體。
壓力與溫度關係圖（相圖）
之前我們用壓力-體積圖描述了物質的行為。除了壓力-體積圖之外，物質的行為還可以用壓力（P）-溫度（T）圖來解釋。壓力-溫度圖通常被稱為相圖。之所以稱為相圖，是因為這種圖用來比較物質的不同相態。水是一種經常發生相變的物質。
圖表上有三條曲線，分別是蒸發曲線、融化曲線和昇華曲線。
蒸發曲線顯示了液體和蒸氣達到平衡的點。液體和蒸氣達到平衡的點稱為熔點，也稱為沸點（之所以稱為熔點，是因為在此溫度下蒸汽可以熔化成水；之所以稱為沸點，是因為在此溫度下水可以沸騰成蒸汽）。因此，蒸發曲線實際上是一個表示壓力 (P) 與沸點/熔點之間關係的圖表。可以看出，壓力越小，水的沸點越低；壓力越大，水的沸點越高。在 1 大氣壓 (atm) 的壓力下，水的沸點為 100 ° C。相反，在 218 大氣壓 (atm) 的壓力下，水的沸點為 374 ° C。
218個大氣壓力也稱為水的臨界壓力，而374 ℃也稱為水的臨界溫度。如果蒸汽溫度低於374 ℃ ，則在374 ℃的壓力下，蒸汽可以液化。如果溫度高於218 ℃，則壓力無法使蒸氣液化。
熔化曲線顯示了液體和固體處於平衡狀態的點。液體和固體處於平衡狀態的點稱為熔點或凝固點（之所以稱為熔點，是因為在此點冰可以融化成水；之所以稱為凝固點，是因為在此點水可以凍結成冰）。因此，熔化曲線是一張圖表，它描述了壓力 (P) 與熔點或凝固溫度之間的關係。在 1 大氣壓 (atm) 的壓力下，水的凝固點（或冰的熔點）為 0 ° C。與 218 大氣壓 (atm) 的壓力相比，水的凝固點（或冰的熔點）低於 0 ° C。需要注意的是，在 1 大氣壓 (atm) 的壓力下，如果溫度在 0°C 到 100 ° C 之間，則水為液態；如果溫度低於 0 ° C，則水為固態；如果溫度高於 100 ° C ，則水為氣態。
昇華曲線顯示了固態和氣態處於平衡狀態的點。 
平衡點稱為昇華點。因此，昇華曲線是描述壓力 (P) 與昇華點溫度之間關係的圖表。昇華是指固體直接轉化為蒸汽，而不經過液體的過程。通常，昇華只發生在低壓下。冰只有在溫度低於攝氏 0.01 度時才能昇華。 oC，壓力小於0.006 atm。三條曲線的交點稱為三相點。
下圖是二氧化碳的相圖。請注意，水相圖和二氧化碳相圖的刻度並非線性關係。
