December 03 2016 15:36:31
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Фазовые диаграммы состояния и Тройная точка
ОСНОВЫ  ТЕРМОДИНАМИКИ

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса (8.6) применимо к любому фазовому переходу, а не только к переходу жидкость-пар, но и к плавлению (твердое тело - жидкость) и к возгонке (твердое тело - пар). В правой части этого уравнения стоят измеримые на опыте величины, поэтому, опираясь на экспериментальные данные, можно построить на графике в координатах температура-давление (T, P) кривые равновесия вещества в разных агрегатных состояниях. Для любой пары агрегатных состояний можно построить кривые, показывающие зависимость температуры фазового перехода от давления. Если взять три агрегатных состояния, то получаются два уравнения, связывающие две независимые переменные. Решение в этом случае может существовать лишь в одной точке, то есть при вполне определенных значениях температуры и давления (T, P). Эта точка получила название тройная точки на фазовой диаграмме состояний вещества.

В качестве примера тройной точки обычно приводятся координаты тройной точки воды при давлении Р = 4,58 мм рт ст и абсолютной температуре Т = 273,16 оК, которая, напомним, является опорной температурой при построении термодинамической шкалы температур. В этой тройной точке сосуществуют одновременно твердая фаза (лед), жидкая фаза (вода) и газообразная фаза (пар).

Справедливости ради следует отметить, что даже однокомпонентная система (не говоря уже о многокомпонентных) может иметь более одной тройной точки вследствие возможности существования различных модификаций состояния вещества. Это действительно имеет место при перестройке кристаллической структуры твердых веществ. На Рис.6 представлены кривые равновесия фаз чистого вещества (воды) вблизи 0оС. Кривая кипения показывает ход давления насыщенного пара с ростом температуры.

            Р                               

                     кривая                                                                                                                                                                                                                                                            плавления                         критическая    точка                                                                               4,58            тройная    точка                                          

      мм.рт.ст.    лёд                                                                                           кривая                  пар

                       возгонки


                         273,16 К                                Т

 Рис.6.   Кривые равновесия фаз чистой воды.

    Фазовая диаграмма воды демонстрирует свойство, которое термодинамически хотя и не запрещено, однако является довольно необычным для природных веществ, а именно, одна из кривых равновесия фаз (вода-лед) имеет отрицательный наклон, что связано с увеличением объема при превращении воды в лед (лед, как известно, плавает в воде, а, например, оливковое масло при замерзании с поверхности опускается на дно сосуда хлопьями). Обычно удельный объем вещества в жидком состоянии больше, чем в твердом (хотя аномально в этом отношении и аналогично воде ведет себя чугун, что весьма удобно при использовании чугуна для художественных отливок, так как чугун хорошо заполняет подробности рельефа литейной формы). Отрицательный наклон кривой плавления льда имеет значение для катания на коньках – лед плавится под уголком лезвия конька (при хорошей заточке, естественно), и конек, заглубляясь в лед, позволяет отталкиваться от льда. Знание из опыта удельной теплоты плавления льда и изменения удельного объема при фазовом переходе позволяет через уравнение Клапейрона-Клаузиуса количественно достаточно точно просчитать это явление.

Существование критической точки позволяет перейти из области пара в область жидкости без видимого фазового перехода, но эта возможность уже была видна при рассмотрении изотерм газа Ван-дер-Ваальса.

При фазовых переходах первого рода имеет место поглощение (выделение) теплоты фазового перехода. Это происходит при плавлении, испарении,  возгонке и при переходе кристаллических тел из одной кристаллической формы в другую (например, переход серы из ромбической формы в моноклинную при 3690К, с последующим плавлением при 393оК).

Следует, для общности, упомянуть о существовании фазовых переходов второго рода, при которых нет поглощения (выделения)  теплоты перехода и нет изменения удельного объема, но в точке фазового перехода скачком меняются теплоемкость, коэффициент температурного расширения и сжимаемость, то есть изменяются вторые производные от термодинамических потенциалов. Примером фазовых переходов второго рода может служить точка Кюри – температура, при которой ферромагнетик теряет свои ферромагнитные свойства и превращается в обычный парамагнетик (например, для железа эта температура равна  10430 К).

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.05 секунд 4,191,113 уникальных посетителей