Faasitasakaal ja Clausiuse-Clapeyroni võrrand

Puhta aine faasidiagramm kaardistab, milline faas — tahke, vedel või gaasiline — on termodünaamiliselt stabiilne igal temperatuuri ja rõhu kombinatsioonil, ja neid piirkondi eraldavad jooned ei ole meelevaldsed: iga piirjoon on temperatuuri-rõhu paaride hulk, mille juures kahel faasil on täpselt võrdne moolne Gibbsi energia ja need saavad seetõttu koos tasakaalus eksisteerida. Liigu piirilt kummaski suunas eemale ja ühe faasi Gibbsi energia langeb teise omast allapoole ning süsteem muundub täielikult madalama energiaga faasiks; see on täpselt põhjus, miks puhta aine sulamis- või keemistemperatuur ei ole üksik fikseeritud arv, vaid tervelik temperatuuri-rõhu paaride kõver — "vee keemistemperatuur" tähendab kaudselt "standardse atmosfäärirõhu juures" ja igal muul rõhul määrab vedelik-aur piir teistsuguse tasakaaluliku temperatuuri.

Clausiuse-Clapeyroni võrrand muudab selle rõhu-temperatuuri seose kvantitatiivseks, tuletades faasipiiri tõusu otse võrdse Gibbsi energia nõudest piki piiri. Konkreetselt vedelik-aur piiri jaoks, käsitledes auru ideaalse gaasina ja eeldades, et selle moolruumala ületab tunduvalt vedeliku oma (suurepärane lähendus, kuna gaasid on palju hõredamad kui vedelikud), lihtsustub võrrand kujule d(ln P)/dT = ΔHaur/(RT²), seostades aururõhu kõvera tõusu aurustumise moolse entalpiaga, ΔHaur. Selle seose integreerimine näitab, et aururõhk kasvab temperatuuriga, lihtsaimas lähenduses eksponentsiaalselt — mis on täpselt kooskõlas igapäevase faktiga, et vedelikud aurustuvad kiiremini ja keevad madalama välise rõhu nõude juures, kui temperatuur tõuseb, ja teistpidi loetuna, miks keemistemperatuur tõuseb kasvava välise rõhuga, nagu kiirkeedupotis, ja langeb kõrge kõrguse vähendatud rõhu juures.

Aurustumise entalpia suurus kontrollib otse, kui järsult aururõhk temperatuuriga muutub: nõrkade molekulidevaheliste jõudude ja väikese ΔHaur-iga ainetel on aururõhu kõverad, mis reageerivad temperatuurimuutustele ainult tagasihoidlikult, samal ajal kui tugevate molekulidevaheliste jõudude ja suure ΔHaur-iga ainetel muutub aururõhk sama temperatuurivahemiku jooksul dramaatiliselt — otsene, kvantitatiivne seos aine mikroskoopiliste molekulidevaheliste jõudude ja tema makroskoopilise faasikäitumise vahel.