Фазовые переходы

Краткий исторический очерк

ТЕРМОДИНАМИКА ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ

III. Ф А З О В О Е Р А В Н О В Е С И Е

ГЛАВА 5

Один из главных физических законов, лежащий в основе кинетической теории газов, - закон Р.Бойля (1662) - Э.Мариотта (1676) был сформулирован во 2-й половине
XVII в.

В России первые исследования, относящиеся к фазовому равновесию, были выполнены М.В.Ломоносовым, который, изучая свойства растворов, установил, что повышение концентрации растворённого вещества вызывает понижение температуры его замерзания.

В начале XVIII в. идут изыскания в области термометрии - создаются различные конструкции термометров и предлагается большое число температурных шкал, из которых наибольшее признание получили шкалы Д.Г.Фаренгейта (1714), Р.А.Реомюра (1730) и, в особенности А.Цельсия (1744). В конце XVIII - начале XIX в. открываются другие главные газовые законы – Ж.А.С.Шарля (1787), Дж.Дальтона (1801 - 09), Ж.Л.Гей-Люссака (1802 - 07), А.Авогадро (1811).

В 1834 г. выходит одна из основополагающих для физики и химии работа Б.П.Э.Кла­пейрона, в которой были даны обобщённое уравнение состояния идеального газа, впоследствии усовершенствованное Д.И.Мен­делеевым, а также основное уравнение фазового равновесия одноком­по­нент­ных систем. В 1848 У.Томсон (Кельвин) вводит абсолютную шкалу температуры.

Большой вклад в учение о фазовом равновесии и, в особенности, в теорию растворов в 1850 - 80-х гг. внёс Д.И.Менделеев. Он ввёл понятие критической температуры жидкостей, исследовал явления изоморфизма твёрдых тел, сконструировал пикнометр. Он же создал гидратную теорию растворов, нашёл общее уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева - Клапейрона).

В работах Дж.У.Гиббса 1873 - 1875 гг. открыт фундаментальный закон фазового равновесия - правило фаз. В 1880-е гг. открыты основные законы равновесия в системах “жидкость - пар” (законы Ф.М.Рауля и Д.П.Коновалова). Тогда же Ф.М.Раулем были проведены исследования по связи температуры замерзания и закипания растворов с концентрацией, а Я.Вант-Гоффом открыты закономерности осмотического давления; Д.П.Ко­новаловым созданы теоретические основы перегонки жидких смесей. Работами Н.С.Курнакова создано новое направление - физико-химический анализ, позволивший проводить систематическое изучение сложных многокомпонентных систем.

Современные исследования в области фазового равновесия в основном связаны с анализом свойств многокомпонентных систем и с явлением полиморфизма твёрдых веществ.

Законы и закономерности, изучаемые в данном разделе, являются теоретической основой таких процессов, как экстракция, широко применяемая в фармации для извлечения биологически активных и лекарственных веществ из природного сырья, из растворов при промышленном получении, приготовление растворов и осаждение веществ из них, перегонка, сушка твёрдых веществ и растворителей, физическое взаимодействие веществ в лекарственных формах. Кроме того, учение о фазовых равновесиях необходимо для выяснения причин физической совместимости или несовместимости лекарственных веществ.

Фазовые переходы - это переходы вещества из одного фазового состояния в другое при изменении параметров, характеризующих термодинамическое равновесие. Такие широко распространённые процессы, как плавление, кипение, испарение, возгонка (сублимация), растворение, и обратные им (отвердевание, конденсация паров, кристаллизация из растворов), являются фазовыми переходами. К фазовым переходам относятся также полиморфные превращения, т. е. переходы сложных веществ из одного кристаллического состояния в другое, аллотропные переходы твёрдых простых веществ, жидкостная экстракция и ряд других.

Дата добавления: 2014-01-06