Диаграмма состояния.

Если система является однокомпонентной, т.е. состоящей из химически однородного вещества или его соединения, то понятие фазы совпадает с понятием агрегатного состояния.

Для наглядного изображения фазовых превращений используется диаграмма состояния, на которой в координатах (р,Т) задается зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (KИ), плавления (КП) и сублимации (КС), разделяющих поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существова­ния твердой (ТТ), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз.

Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия,

каждая точка на них соответствует условиям равновесия двух сосуществующих фаз.

Тройной точкой называется точка, в которой пересекаются кривые фазового равновесия и которая, следовательно, определяет условия (температуру Т и давление р ) одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества.

Тройная точка воды соответствует температуре 273,16 К (или 0,01 °С по шкале Цельсия) и является основной реперной точкой для построения термодинамической температурной шкалы.

65.Уравнение Клапейрона-Клаузиуса

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса:

позволяет определить наклоны кривых равновесия.

Здесь L - теплота фазового перехода (например, в случае плавления - удельная теплота плавления), (V₂-V₁) - изменение объема вещества при переходе его из первой фазы во вторую, T - температура перехода (например, в случае плавления - температура плавления ).

Поскольку L и Т всегда положительны, то наклон кривой равновесия определяется знаком (V₂ – V₁). Так при испарении и сублимации объем всегда возрастает, поэтому dp/dT > 0.

При плавлении у большинства веществ объем возрастает, следовательно dp/dT >0, т.е. увеличение давления приводит к повышению температуры плавления (сплошная КП на рисунке).

Для некоторых веществ (вода, Ge, чугун) объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы, т.е. dp/dT <0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая линия на рисунке).

66.Анализ диаграммы состояния.

Диаграмма состояния, позволяет судить, в каком состоянии находится данное вещество при определенных р и Т, а также какие фазовые переходы будут происходить в том или ином процессе.

Например, при условиях, обозначенных: точкой 1 вещество - в твердом состоянии (ТТ), 2 - в газообразном (Г), 3 - одновременно в жидком (Ж) и газообразном.

При изобарном нагреве 4-5-6 в точке 5 начинается плавление, 6 - кипение.

При изобарном нагреве 7-8 твердое тело превращается в газ, минуя жидкую фазу.

При изотермическом сжатии 9-10 вещество пройдет три состояния: газ-жидкость-кристалл. Кривая испарения заканчивается крити­ческой точкой (К). Поэтому возможен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно в обход критической точки, без пересечения кривой испарения (переход 11-12), т.е. такой переход, который не сопровождается фазовыми превращениями.

Это возможно потому, что различие между газом и жидкостью является чисто количественным (оба эти состояния, например, являются изотропными).

Переход же кристаллического состояния в жидкое или газообразное может быть только скачкообразным (в результате фазового перехода), поэтому кривые плавления и сублимации не могут обрываться, как это имеет место для кривой испарения в критической точке.

Кривая плавления уходит в бесконечность, а кривая сублимации идет в точку, где р=0 и Т =0.