Рассмотрим диаграмму состояния воды в области средних давлений (до нескольких десятых МПа)

Три кривых (АО, ОВ, ОС) разбивают диаграмму на три поля, каждое из которых отвечает одному из агрегатных состояний воды. Область АОВ – лед (твердая фаза), область ВОС – жидкая фаза воды, область АОС – пар (газообразная фаза). В этих областях вода находится в одной фазе и обладает двумя степенями свободы, согласно правилу фаз

С = К_Н + 2 – Ф = 1 + 2 – 1 = 2,

т.е. системы бивариантны.

Это значит, если взять любую точку в этих областях, например, точку 1, то можно изменять в известных пределах независимо или температуру или давление и это не вызовет изменения числа или вида фаз.

Двухфазные состояния воды по правилу фаз С = К_Н + 2 –Ф = 1+ 2 -2 = 1 имеют одну степень свободы (моновариантная система). На диаграмме эти состояния выражены кривыми. Кривая ОА – равновесное состояние между льдом и паром, она характеризует процесс возгонки льда и может быть описана уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

Рис. 1.

Кривая ОВ – кривая равновесия между льдом и жидкой фазой. Характеризует процесс плавления и отвечает уравнению Клапейрона-Клаузиуса:

Кривая ОС – кривая равновесия между жидкой водой и паром. Характеризует процесс испарения и может быть описана уравнением Клапейрона-Клаузиуса, применительно к процессу испарения:

.

Кривая ОD определяет давление насыщенного пара над переохлажденной водой. Такое состояние неустойчиво. При внесении в такую воду нескольких кристалликов льда произойдет ее быстрое замерзание. Такое состояние называется метастабильным.

В моновариантной системе каждому значению одного параметра состояния соответствует совершенно определенное значение другого параметра состояния. Например, каждой температуре однокомпонентной системы (жидкость - пар) соответствует свое значение давления пара и другого значения равновесного давления пара при данной температуре быть не может. При изменении температуры в системе изменяется и давление. Система сохраняет равновесие таким образом не изменяя количество и вида фаз.

Рассмотрим точку 2 на кривой ОС (жидкость - пар). Если понизить температуру с Т₂ до Т₁ то при этом давление упадет с Р₂ до Р₁ в связи с частичной конденсацией паров воды. И наоборот, изменение давления повлечет за собой изменение температуры.

В точке О в равновесии существует три фазы (лед – жидкая вода - пар) и число степеней свободы С = 1 + 2 – 3 = 0, т.е. система нонвариантна, безвариантна. Это означает, что три фазы воды могут находится в равновесии только при определенных условиях: Р = 0,61 МПа (4,579 мм.рт.ст.) и Т = 273,1576 К (0,0076⁰С). Точка О называется тройной точкой воды. Малейшее изменение любой из этих величин в точке О приведет к исчезновению одной или двух фаз.