Графическая зависимость давления от температуры для определенного количества вещества при постоянном объеме называется диаграммой состояния. Общий вид такой диаграммы изображен на рис. 4.1.
Для большинства веществ диаграмма состояния имеет вид, изображенный на рис. 4.1 сплошными линиями, а для воды и веществ, объем которых увеличивается при переходе из жидкого до твердого состояния, - штриховой линией.
Кривая ОБ называется кривой плавления, ОС - кривой испарения, OA - кривой сублимации. Все эти кривые можно назвать также кривыми сосуществования кристалл - жидкость (ОБ), жидкость - пар (ОС), кристалл - газ (OA). Точка С называется критической точкой, или, по Д. И. Менделеевым, точкой абсолютного кипения. В критической точке исчезает различие между жидкостью и газом. При температуре, выше критической, невозможно превратить газ в жидкость. Точку О называют тройной. В этой точке вещество находится в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном. Примером такой точки может быть тройная точка воды: t = 0,0075 ° С и р = 613,28 Па. В этих условиях лед плавает в воде, а над ним находится водяной пар.
Кривые OA, ОБ и ОС определяют так называемые фазовые переходы, когда накопленные в веществе незаметные количественные изменения переходят в качественные скачкообразно. Например, нагревая кристалл при р = const, можно постепенно приблизиться к кривой сосуществования ОБ, где вещество скачкообразно теряет типичные свойства кристаллического тела и переходит в жидкое состояние (ЬЬ '). Аналогично можно представить другие фазовые переходы: жидкость - газ (kk '), кристалл - газ (аа'). Фазовые переходы можно с постоянной температуры, если менять давление. Конечно, в общем случае можно изменять оба параметра. При этом изменение отдельного свойства или потеря ее не означает качественного преобразования, преобразования в качественно иное состояние. Ведь изменение
качества - это коренное преобразование тела. Изогнутый гвоздь - гвоздь, намагничено железо - железо, нагретый кристалл - кристалл, сжатый газ - газ и т. д. Следовательно, если телу предоставлять или отбирать теплоту, то изменяются его отдельные свойства, но эти количественные изменения вызывают переход тела в новое качество только при пересечении кривых сосуществования.
Однако фазовый переход обусловлен не только давлением и температурой, но и конкретными условиями эксперимента, например примесями посторонних веществ. Так, посторонние примеси при кристаллизации могут существенно повлиять на форму кристаллов. Если их нет, то можно пройти кристаллизацию и перевести тело из жидкого в аморфное состояние (твердое состояние, для которого нет упорядоченности в размещении частиц).
Примером качественных преобразований могут быть химические реакции, замена упругой деформации пластической при определенных нагрузках для определенного тела, переход ламинарного потока жидкости в турбулентный при больших скоростях. Качественные изменения обусловлены химическим составом, внутренним строением тел, их формой, внутренней энергией, а чаще сочетанием всех этих факторов. Качество выражает относительную устойчивость тела, сохранение его основных особенностей. Количество выражает изменчивость свойств тела, определяет отношение его к другим телам. Количественные изменения - постепенные, могут быть незначительными, незаметными, скрытыми, изменения качественные - непрерывный, резкие, явные. Точки кипения, плавления, кристаллизации и другие, при которых количественные накопления приходят к качественным изменениям, Ф. Энгельс назвал узловыми точками.