物质的相由压力与温度决定

相图是一张两轴的地图：横是温度，纵是压力。拖动这个点在平面上四处走。它落在哪个区域，就告诉你在那种条件下物质是哪个相。左上又冷又高压的一侧是固体，中间是液体，右下又热又低压的一侧是气体。只升温度就能让固体融化，只降压力就能让液体沸腾。关键在于：相取决于条件，而不是物质的种类。同样的水，在高山上不到 100 度就沸腾，正是因为山上的低压把相图上沸腾的边界挪动了。反过来，高压锅把盖子拧紧、抬高里面的压力，让水要超过 100 度才沸腾，于是更烫的水把食物煮得更快。

这一回，把目光放到分隔区域的边界线上。用按钮一条条地挑边界。固体和液体之间的边界是熔化线，在这条线上冰和水共同存在。液体和气体之间是汽化线，水和水蒸气共存。还有一条固体与气体直接相遇的升华线：干冰不融化、直接变成烟，就是它。在边界线上，两个相保持平衡、共同存在。而三条边界线相会于一点的地方，就是三相点，那里固体、液体、气体同时和睦共存。对每一种物质，这个三相点的温度和压力都被定死成唯一的一组值。水的三相点精确到无论何时何地测量都一样，因此再现三相点的密封盒被用作校准温度计的固定基准。

这一回，是用压力和体积画的 P-v 图。看见中间那个鼓起的穹顶了吗。这个穹顶的里面是饱和区，液体和气体混在一起的区段。用滑块把体积加大。穹顶左外是压缩液体，穹顶里面是液体与蒸气共存的混合物，穹顶右外是过热蒸气。在穹顶里，蒸气所占的比例叫干度。左端是干度 0，刚开始沸腾的饱和液；右端是干度 1，完全蒸发的饱和蒸气。穹顶左曲线和右曲线相会的顶端，是临界点，那个留到最后一幕讲。这个穹顶和干度在发电厂里尤其要紧，还夹着液滴的湿蒸气干度偏低，会磨蚀涡轮叶片，所以工程师盯的正是这个干度。

看看沸腾时发生了什么。锅里的水沸腾时，无论你把火开得多大，水温都不会高过 100 度。用滑块拖动蒸发进行的程度。液体一点点变成蒸气，可温度和压力都不变。你加进去的热，不是用来升温的，而是整个用来把分子从液体里拽出来、变成气体。这叫潜热。所以相变进行的时候，既是等温又是等压。只有体积大大增加。在 P-v 图上，这个过程表现为一条横穿穹顶的平线。沸水要等到全部蒸发，温度计才一直一动不动，原因正在这里。也正是这份潜热让汗水能给你降温，汗蒸发时从皮肤上带走同样多的潜热，人就凉快下来了。

最后一站是穹顶的顶端，临界点。用滑块把温度升高。温度越高，横穿穹顶的那段平线，也就是液体和气体分开的那一段，就越来越短。到达临界温度时，那一段缩成一个点。这个点就是临界点。越过这个温度和压力，奇妙的事就发生了：液体和气体的区别彻底消失。没有沸腾的边界，你也说不清哪里到头是液体、从哪里起是气体。这个状态叫超临界流体。它像液体一样致密，又像气体一样自由扩散。所以临界点，也是相图上沸腾边界终止的地方。这种超临界状态在现实里也有用武之地，超临界二氧化碳像气体一样钻进咖啡豆，又像液体一样把咖啡因溶出来，咖啡脱咖啡因正是这么做的。