Условия равновесия фаз. Фазовые диаграммы

Фазовые переходы II рода

Фазовый переход II рода не связан с поглощением или выделением теплоты, происходит без теплообмена. В основе фазовых превращений II рода лежит изменение симметрии кристаллической решетки вещества без изменения типа этой решетки. Свойства таких переходов существенно отличны от свойств фазовых переходов I рода.

Он характеризуется постоянством объёма и энтропии, но скачкообразными изменениями теплоёмкости. Согласно Ландау этот переход связан с изменениями симметрии: выше точки перехода система, как правило, обладает более высокой симметрией, чем ниже точкой перехода.

Основные свойства переходов II рода:

· отсутствует скрытая теплота перехода;

· плотности фаз одинаковы;

· перестройка старой фазы в новую происходит постепенно и появление новой фазы не носит скачкообразный характер;

· при однородных распределениях температуры и давления исключены ситуации, когда одни части тела находятся в старой фазе, а другие – в новой;

· не существует состояний с равновесием фаз, фазовые состояния всех частей тела одинаковы;

· отсутствуют метастабильные состояния, в которых при температуре и давлении, соответствующем одной фазе, в течение некоторого времени существует другая фаза, нестабильная в этих условиях.

К фазовым переходам II рода относятся:

· переход ферромагнетика в парамагнитное состояние

выше точки Кюри;

· переход антиферромагнетиков в парамагнитное

состояние (хром, марганец, некоторые редкоземельные

элементы) выше температуры Неля;

· переход от упорядоченного расположения атомов

к разупорядоченному кристаллической решетки

медно-цинкового сплава при повышении температуры.

Для наглядного представления фазовых превращений используется диаграмма, на которой в координатах Р-Т задаётся зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ - кривая испарения), плавления (КП -кривая плавления) и сублимации (КС - кривая сублимации). Эти зависимости делят поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существования твёрдой (ТТ - твёрдое тело), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз.

Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия, каждая точка на них соответствует условиям равновесия двух сосуществующих фаз: КП – твёрдого тела и жидкости, КИ – жидкости и газа, КС – твёрдого тела и газа.

Тройная точка – точка, в которой пересекаются эти кривые и которая определяет условия (Т_тр и Р_тр) одновременного равновесного сосуществования трёх фаз вещества. Каждое вещество имеет только одну тройную точку (для воды это 273.16°К или 0.01°С).

Термодинамика позволяет рассчитать условия равновесия двух фаз одного и того же вещества.

уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Q – теплота фазового перехода.

(V₂ – V₁) – изменение объёма вещества при переходе его первой фазы во вторую.

Т – температура перехода (процесс изотермический).

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса позволяет определить наклоны кривых равновесия. Т.к. Q и T положительны, наклон задаётся знаком (V₂ - V₁).

При испарении жидкостей и сублимации Т.Т. объём вещества всегда возрастает, поэтому > 0 и в этих процессах рост Т приводит к росту Р и наоборот.

При плавлении большинства веществ объём, как правило, возрастает, т.е. > 0, следовательно рост Р приводит к повышению температуры плавления Т. Для некоторых веществ (вода, Ge, чугун и др.) объём жидкой фазы меньше объёма твёрдой фазы < 0, следовательно увеличение давления приводит к понижению температуры плавления.

Дата добавления: 2013-12-12