상평형그림

요약 몇 개의 상 사이의 평형상태를 나타낸 도표이다. 도표를 그리기 위해서는 주로 온도와 압력을 이용하며, 순물질에서는 평면에 그릴 수 있지만 여러 성분이 섞여있는 계에서는 독립적으로 변하는 상태량이 많아 입체적으로 그리기도 한다.

상평형도(相平衡圖)·상태도(狀態圖)라고도 한다. 일반적으로 순물질에서는 2개의 상태를 결정함으로써 생기는 모든 평형상태를 나타낼 수 있는데, 보통 상태량으로서는 압력과 온도가 사용된다. 합금·유리 등 고용체(固溶體)의 실용적 연구에 특히 중요하다. [그림]은 가장 간단한 물의 상평형그림으로서, 곡선 TB를 융해곡선, 곡선 AT를 승화곡선, 곡선 TC를 증발곡선이라 한다. 곡선 AT, TC는 증기압곡선도 된다. 이들 곡선상에서는 양쪽에 있는 두 상이 평형이 된다. 즉 압력을 어떤 값으로 지정하였다고 하면, 2개의 상이 동시에 존재하기 위한 온도가 결정된다는 것을 뜻한다. 또한 곡선으로 구획된 부분은 기체상·액체상·고체상 중 어느 한 상이 존재하는 것을 뜻한다.

이 면 안에서는 압력과 온도를 동시에 바꾸어도 한 상만이 존재한다. 예를 들면, E점에서는 1atm하에서 물은 100℃에서 끓고 물과 수증기가 공존할 수 있으며, D점에서는 1atm하에서 물은 동결하여 물과 얼음이 공존할 수 있다. 그러나 DE의 점선상에서는(D점과 E점을 제외한다) 물만이 존재한다. 또 TE선상에서는 어느 점을 취해도 그 점에 대응하는 압력 및 온도는 각각 하나가 결정되며, 그 증기압의 수증기와 그 온도의 물이 공존한다. 곡선 TF는 과냉각상태에 있는 액체(물)의 증기압을 나타내는 것인데, 이와 같은 액체는 있는 상태대로 놓아 두었을 때만 존재하며, 이 상태를 준안정(準安定)상태라고 한다. T는 곡선이 하나로 교차하는 점을 가리키며, 이와 같은 점 위에서는 3개의 상이 공존하므로, 이 점을 삼중점이라 한다. 이 점에서는 온도와 압력이 모두 일정하며, 그 중 어느 하나를 변화시키면 공존하는 3개의 상 중에서 적어도 한 상이 없어진다.

물의 삼중점은 0.006atm, 0.01℃이다. TC곡선에는 상한(上限)이 존재하며 이 점을 임계점(臨界點)이라 한다. [그림]에서는 C점이 이것에 해당한다. 예를 들면, 수증기는 C점, 즉 374℃에서 218atm 이하의 압력으로는 액화시킬 수 없고, 온도가 374℃가 넘으면 아무리 압력을 가해도 액화(液化)시켜 물을 만들 수 없다. 이것을 임계온도·임계압력이라고 한다.

TB곡선에 상한이 있는지는 현재까지 밝혀지지 않았다. 한편, 다성분계(多成分系)에서는 독립적으로 변화하는 상태량이 늘어서 복잡하게 되므로, 평면도로 나타내기 곤란할 때는 입체적으로 표현하는 경우도 있다.