有关水的冰点和三相点为什么不同的讨论文章

水的三相点和水的冰点是否相同？水的三相点是气

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液

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固三相的平衡点，也

就是纯

H2O

在平衡水蒸气压下的凝固点，气液固三相都是纯净的

H2O

。而冰点

则是指在标准压力下，

被空气饱和的水的凝固点，

即空气的饱和水溶液和混有杂

质的冰的平衡温度，其液相是含有少量

N2

、

O2

、

Ar

等气体的水溶液。水的冰点

是一个比较复杂的体系，

随外界条件的不同略有差异；

而水的三相点是一个纯净

简单的的体系，是一个固定不变的状态。

其具体的说明如下：

（在具体说明之前先说明自由度的概念：

自由度

指一个平衡系统为能充分确定其

所处的状态，而需规定的可变量

(

如温度、压力和浓度

)

的数目。例如处于平衡状

态的水与水蒸气系统的自由度是

1

，这就是温度和压力二者之中，只有一个变量

可以规定。简而言之，自由度就是可变量。

）

通常我们说水的冰点是

0

℃，根据热力学温度的定义

T=t+ 273.15

，此点热力

学温度应为

273.15 K

，并且当外压改变时，冰点也随着改变，此时虽然也是水、

冰、水汽三相共存，但与上述的三相点不同。

这是由于

两种原因

所造成的：

一、在通常情况下的冰和水都已被空气所饱和，实际上已成为二组分体系。

对二组分体系，当三相共存时，

f=2+2-3=1

，体系仍有一个自由度。所以当压力

改变时，冰点也随着改变，由于空气的溶人，液相变成为溶液，因而使冰点降低

了

0.0024 K

。

二、在三相点时的外压力为

610.62Pa

，而通常情况下外压约等于

p0

，即

101325 

Pa

（标准大气压）

。若外压从

610.62 

Pa

改变到

101325 

Pa

，根据克拉贝

龙公式的计算，冰点又降低了

0.00747K

。

综上所述：

这两种效应之和为

0.00242+0.0075=0.00989

≈

0.01 

K

，所以通常所说

的水的冰点比三相点低了

0.01K

，即等于

273.15K(

或

0

℃

)

。

以下通过具体计算，予以说明：

(1)

冰与水的平衡曲线在三相点附近的斜率已经求出为