Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Якщо система є однокомпонентної, т. Е. Складається з хімічно однорідного речовини або його сполуки, то поняття фази збігається з поняттям агрегатного стану. Відповідно до § 60, одне і те ж речовина в залежності від співвідношення між подвоєною середньої енергією, що припадає на одну ступінь свободи хаотичного (теплового) руху молекул, і найменшою потенційною енергією взаємодії молекул може перебувати в одному з трьох агрегатних станів: твердому, рідкому або газоподібному . Це співвідношення, в свою чергу, визначається зовнішніми услови-ями - температурою і тиском. Отже, фазові перетворення також визна-ються змінами температури і тиску.
Для наочного зображення фазових перетворень використовується діаграма відбутися у-яния (рис. 115), на якій в координатах р, Т задається залежність між тим-пература фазового переходу і тиском у вигляді кривих випаровування (КІ), плавлення (КП) і сублімації (КС) , які поділяють поле діаграми на три області, відпо-ють умов існування твердої (ТТ), рідкої (Ж) і газоподібної (Г) фаз. Криві на діаграмі називаються кривими фазового рівноваги. кожна точка на них відповідає умовам рівноваги двох фаз, що співіснують: КП - твердого тіла і рідини, КІ-рідини і газу, КС-твердого тіла і газу.
Точка, в якій перетинаються ці криві і яка, отже, визначає умови (температуру Ттр і відповідне їй рівноважний тиск РТР) одновремен-ного рівноважного співіснування трьох фаз речовини, називається потрійною точкою. Кожна речовина має лише одну потрійну точку. Потрійна точка води відповідними-ет температурі 273,16 К (або температурі 0,01 ° С за шкалою Цельсія) і є основною реперною точкою для побудови термодинамічної температурної шкали.
Термодинаміка дає метод розрахунку кривої рівноваги двох фаз одного і того ж речовини. Відповідно до рівняння Клапейрона - Клаузіуса. похідна від рівноважного тиску по температурі дорівнює
де L - теплота фазового переходу, (V2-V1) - зміна обсягу речовини при пере-ході його з першої фази в другу, Т - температура переходу (процес ізотермічес-кий).
Рівняння Клапейрона - Клаузіуса дозволяє визначити нахили кривих одно-весия. Оскільки L і Т позитивні, нахил задається знаком V2-V1. При випаровуванні рідин і сублімації твердих тіл обсяг речовини завжди зростає, тому, згідно з (76.1), dp / dT> 0; отже, в цих процесах підвищення температури призводить до збільшення тиску, і навпаки. При плавленні більшості речовин обсяг, як правило, зростає, т. Е. Dp / dT> 0; отже, збільшення тиску призводить до підвищення температури плавлення (суцільна КП на рис. 115). Для деяких же речовин (Н2 О, Ge, чавун та ін.) Обсяг рідкої фази менше обсягу твердої фази, т. Е. Dp / dT <0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая линия на рис. 115).
Діаграма стану, що будується на основі експериментальних даних, позволя-ет судити, в якому стані знаходиться дана речовина за певних р і Т, а також які фазові переходи будуть відбуватися при тому чи іншому процесі. Наприклад, за умов, відповідних точці 1 (рис. 116), речовина знаходиться в твердому стані, точці 2 - в газоподібному, а точці 3 - одночасно в рідкому і газоподібному станах. Припустимо, що речовина в твердому стані, відпо-ціалу точці 4, піддається Ізобаричний нагрівання, зображеному на диаграм-ме стану горизонтальної штриховий прямий 4-5-6. З малюнка видно, що при температурі, що відповідає точці 5. речовина плавиться, при більш високій температурі, відповідної точці 6, - починає перетворюватися в газ. Якщо ж речовина знаходиться в твердому стані, відповідному точці 7. то при изобарном нагріву-ванні (штрихова пряма 7-8) кристал перетворюється в газ минаючи рідку фазу. Якщо речовина знаходиться в стані, відповідному точці 9. то при ізотермічному стисканні (штрихова пряма 9-10) воно пройде наступні три стану: газ - жид-кістка - кристалічний стан.
На діаграмі станів (див. Рис. 115 і 116) видно, що крива випаровування закан-чивается в критичній точці К. Тому можливий безперервний перехід речовини з рідкого стану в газоподібний і назад в обхід критичної точки, без перетнути-ня кривої випаровування (перехід 11-12 на рис. 116), т. е. такий перехід, який не супроводжується фазовими перетвореннями. Це можливо завдяки тому, що раз-відмінність між газом і рідиною є суто кількісним (обидва ці стани, наприклад, є ізотропним). Перехід же кристалічного стану (харак-теризують анізотропією) в рідке або газоподібне може бути тільки скачкообразен-ним (в результаті фазового переходу), тому криві плавлення і сублімації не можуть обриватися, як це має місце для кривої випаровування в критичній точці. Крива плавлення йде в нескінченність, а крива сублімації йде в точку, де p = 0 і T = 0 К.