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状態図 じょうたいずphase diagram

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

状態図
じょうたいず
phase diagram

物質系の状態を表わす温度,圧力,組成などの量の間の関係を示す図。一般には,いくつかの成分物質がいくつかので平衡に共存している不均一系の多相平衡を表わす図をさし,平衡状態図または平衡図ともいう。状態図は温度,圧力,組成などの状態量の指定された値における物質の安定な相や,また成分の組成などを示すので,物質,特に合金などの研究において重要である。状態図は自由度の数の座標軸を用いて図示され,自由度の数は相律によって決められる。一成分系の自由度は2で,状態図は温度を横軸,圧力を縦軸にとった平面図で表わされるのが普通である。二成分系の自由度は3で,状態図は温度,圧力,組成 (成分の質量比) を3軸とする立体図となるが,通常は変数の1つ,たとえば圧力を一定とした平面図の組で表わす。これらは立体的な状態図を平行断面で切った断面図の組で,その曲線は地図の等高線に相当する。三成分系の自由度は4で完全な状態図は描けないが,通常は変数の1つ (たとえば合金に対しては影響が小さい圧力を選ぶ) を一定にとり,3成分を正三角形の各頂点に配した三角座標 (三角形内の点で組成を示す) と,この面に垂直な温度座標とを用いて描いた立体的な融点曲面 (図1) で状態図に代用させることが多い。この図形の三角柱の側面は融点図を表わす。また,この曲面を底面に投影した平面図 (図2) もしばしば用いられる。四成分系以上の状態図はさらに複雑となるが,多元合金や海水に関する研究に用いられる。

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知恵蔵の解説

状態図

相図ともいう。物質が、その置かれた環境に応じ、つまり、温度、圧力、磁場電場の強さなどの状態変数に対して、どのようにその存在状態(固相液相気相など)を変えるかを示す。2成分以上では、濃度が変数に加わり、相にも各種化合物相や、それらの溶相が加わる。複数の相が共存する場合を不均一系という。ある不均一物質系が特定の環境下でどのような相で構成されるか、その結果、どのような化学反応や相変態が起こるかを予想できる。化合物の合成、混合物の分離・抽出・精製、金属製錬、合金やセラミックスの製造など物質製造のあらゆる局面で、製造条件(特に、温度)と製品及びその特性制御の基本的なツールとして活用される。 状態図の基本は、各温度で十分な時間をおいて各相間の関係を安定させて作った平衡状態図であるが、焼き入れ、焼き戻しなど熱処理と呼ばれる材料製造の実用面では、物質の原子レベルでの移動速度が温度変化の速度に追随できないために生ずる不安定相も考慮した非平衡状態図も利用される。

(徳田昌則 東北大学名誉教授 / 2008年)

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デジタル大辞泉の解説

じょうたい‐ず〔ジヤウタイヅ〕【状態図】

ある物質または混合物の状態を示すため、圧力・温度を変数にとって、気相液相固相間の平衡関係を図示したもの。相図(そうず)。

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百科事典マイペディアの解説

状態図【じょうたいず】

ある物質についての各の間の平衡関係を表した図。独立変数としては,温度,圧力,体積,濃度のうち熱力学的自由度に相当する数だけとるが,一成分系(純物質)の場合には一般に温度と圧力が用いられる。
→関連項目三重点

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世界大百科事典 第2版の解説

じょうたいず【状態図 phase diagram】

物質系の異なる相の間の境界を,状態量(変数)の間の関係として図示したもの。通常は,合金や溶液などで二つ以上の相が平衡で分離共存する場合のものを指し,平衡図equilibrium diagram,平衡状態図とも呼ばれる。統計力学の分野では,相図と呼ばれることが多い。 相律によって,1成分系の自由度は最大でも2なので,温度と圧力を変数とすることによって,すべての相を含む状態図を表すことが可能である。1成分系のもっとも一般的な状態図は図1のようになる。

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大辞林 第三版の解説

じょうたいず【状態図】

物質の状態量(変数)の間の関係を図示したもの。圧力・温度を縦軸・横軸にとって、気体-固体間・気体-液体間の相平衡の条件を平面的に表した昇華曲線・蒸気圧曲線などはその例。

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

状態図
じょうたいず
phase diagram

いくつかの相の間の平衡を表した図表をいう。一般に純物質では状態を決める変数(状態量)を二つ選ぶことで、生じるすべての平衡状態を表すことができ、普通、状態量としては圧力と温度とが用いられる。いまもっとも簡単な水の状態を示す(図A)。曲線TBを融解曲線(または固化曲線)、曲線ATを昇華曲線、曲線TCを蒸発曲線という。これらの曲線上では、両側にある二つの相が平衡になる。すなわち、圧力をある値に指定したとすると、2相が共存する温度が定まることを意味する。曲線でくぎられた部分は気相、液相、固相のいずれかの相を意味する。この面内では、圧力と温度を同時にどのように変えても、一つの相だけが存在する。図で、E点は1気圧のもとで水は100℃で沸騰し、水と水蒸気が共存すること、D点は1気圧のもとで水が0℃で氷結し、水と氷とが共存することを示す。DEの線上(D点、E点は除く)では水だけが存在する。TEの線上では、どの点をとってもその点に対応する圧力および温度は一義的に決まり、その蒸気圧の水蒸気とその温度の水とが共存する。
 曲線TFは過冷却の状態にある液体(水)の蒸気圧を示すもので、このような液体は静かに放置したときだけに存在し、その状態を準安定な状態という。Tは三つの曲線が交わる点を表し、三つの相が共存するので三重点という。この点の温度、圧力は一定しており動かすことのできない値である。TC曲線には上限が存在し、この点を臨界点という。図ではC点がそれにあたる。水蒸気はC点の温度(374℃)以上ではどのようにしても水に液化することができない。C点の温度、圧力を臨界温度、臨界圧という。
 多成分系では、独立に変化する状態量が増えて複雑となり、平面図で表すことが困難になることがあり、立体図(図B)で表現することがある。このような多成分系の状態図は実用的に合金、ガラスなどの固溶体の場合に使われ、それらの研究にとくに重要である。[戸田源治郎]

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