純物質

化學成分在總體上固定的物質，稱為純物質，例如，水、氧氣、氫氣、氮氣和二氧化碳，都是純物質。在化學中，純物質具有固定的化學性質與物理性質。冰水混合物、結晶水合物等也屬於純物質。世界上不存在絕對的理想純物質。

純物質不一定是單一的化學元素，也不一定是單一的化合物。化學元素或化合物的均勻混合物也可以是純物質，只要這種混合物是均勻的。比如，氣態空氣是幾種氣體的混合物，它具有一致的化學成分，所以是純物質。油和水的混合物不是純物質，因為油在水裏不可溶，混合後，油在水上，兩者形成化學成分不同的兩個區域。也就是説，這種混合物是不均勻的。 ^[1] 

此外，只要各相的化學成分一致，由兩相或者多相的純物質組成的混合物仍然是純物質。例如，冰與液態水的混合物是純物質，因為兩相有相同的化學成分。但是，液態空氣和氣態空氣的混合物不是純物質，因為兩者的化學成分相異，是不均勻的混合物。 ^[1] 

物質有幾種相。在室內温度和氣壓下，銅和鐵是固體，水銀和水是液體，氧和氮是氣體。換句話説，它們分別呈現固相、液相和氣相。這三種是物質基本的相。在不同條件下，物質又會轉變為不同的相。 ^[1] 

在一種基本相下，還可以有幾種相，每種相都有不同的分子結構。比如，碳，可能以石墨的形式存在，也可能以鑽石和活性炭的形式存在，雖然它們的化學成分是相同的。再比如，氦有2種液體的相，鐵有3種固體的相，冰在高温狀態下可以有7種不同的相。物質以不同的相存在，使自然界中的物質增添了更多的形態。 ^[1] 

復相系統是由兩相或多相組成的，這些相彼此由相邊界，也就是相階躍表面分開。純物質兩相的平衡共存，有很多實際的例子。在熱力工程範疇，熱電廠的冷凝器內，水是以液體和蒸汽混合物的形式為過渡，逐漸轉變為液體的。在鍋爐內，水也是以液體和蒸汽混合物的形式為過渡，逐漸轉變為蒸汽的。在製冷機的蒸發器內，製冷劑以液體和蒸汽混合物的形式為過渡，由液體變成蒸汽；在冷凝器內，製冷劑又以液體和蒸汽混合物的形式為過渡，由蒸汽變成液體等。 ^[1] 

自然界的純物質（即單一化學組分的物質）絕大多數都能以固相、液相、氣相三種聚集狀態存在，三種相可以單獨存在，也可以兩相平衡共存，在特定條件下，還可以三相平衡共存。純物質不同相之間的相互轉換稱為相變。 ^[2] 

純物質的狀態方程的一般形式為: ^[2] 

在由p-v-T構成的空間座標系中，F(p,v,T)=0為一複雜曲面，曲面上的每一點代表一個平衡狀態。這個曲面稱為熱力學面。右圖畫出了液相凝固時體積增大的純物質（例如水）熱力學面的大致形狀。 ^[2] 

（1）圖中氣、液、固三相分別處於熱力學面的不同區域，稱為單相區；

（2）夾在兩個單相區之間的為兩相區，或稱飽和區，在兩相區中，兩種不同的相平衡共存，具有相同的壓力和温度。這種兩相平衡共存的狀態稱為飽和狀態。這樣，就有固-液、氣-液和氣-固三個兩相區。固-液兩相區與固相區的交界線稱為溶解線，與液相區的交界線稱為凝固線；氣-液兩相區與液相的交界線稱為飽和液體線（亦稱氣化線），與氣相區的交界線稱為飽和蒸汽線（亦稱凝結線）；氣-固兩相區與固相區的交界線稱為昇華線，與氣相區的交界線稱為凝華線。

飽和液體線與飽和蒸氣線匯合於C點，稱為臨界點。臨界點的温度、壓力、比體積依次為臨界温度

、臨界壓力

和臨界比體積

。臨界點是純物質的一個非常有特徵的狀態。液體在超過臨界壓力下加熱到較高温度變為氣相，將不再像在亞臨界壓力下那樣具有明顯的氣化過程，並且存在兩相共存狀態。在超臨界壓力下，這一轉化過程是在臨界温度附近以連續漸變的方式完成的，而流體一直處於單相狀態。 ^[2] 

在氣-液、固-液、氣-固三個兩相區的交界處，氣、液、固三相可以平衡共存，這時，物質具有完全的壓力和温度。A點稱為三相點，對應的壓力稱為三相點壓力，對應温度稱為三相點温度。在低於三相點的壓力下，固相物質加熱到一定温度時將直接昇華變為氣體，而不再有熔化為液體的過程，也就是説，在低於三相點的壓力下液相將不復存在。 ^[2]