Диаграммы состояния однокомпонентных систем

В однокомпонентной системе число независимых компонентов k = 1 и правило фаз Гиббса имеет вид:

f = k –Ф + 2 = 1 – Ф + 2 = 3 – Ф.

Все фазы состоят из одного и того же вещества (т.е. имеют одинаковый состав) в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое) или в различных кристаллических модификациях. Поскольку состав фаз не влияет на состояние однокомпонентной системы, поэтому только два параметра (р и Т) определяют ее термодинамические свойства.

Рассмотрим диаграмму состояния воды

На диаграмме состояния видны три области (I, II, III), три линии (точнее – четыре, одна линия – пунктирная) и две точки О и К

Области I, II, III – однофазные области, в которых находится по одной фазе воды.

I – область существования твердой воды (льда)

II – область существования жидкой воды;

III – область существования газообразной воды (пара)

В этих областях число фаз Ф = 1 и правило фаз Гиббса имеет вид f=3-Ф=3-1=2, т.е. в этих областях система - двухвариантная, и можно одновременно и независимо в некоторых пределах менять давление и температуру. Это не вызовет изменения числа и вида фаз (система будет оставаться в пределах все той же однофазной области).

Кривая АО – это кривая зависимости давления насыщенного пара надо льдом от температуры. Ее называют кривой возгонки (сублимации). Кривая ОК, – это кривая зависимости давления насыщенного пара над жидкой водой от температуры, т.е. это кривая испарения. Кривая ОВ – это кривая зависимости температуры замерзания воды (плавления льда) от внешнего давления, т.е. это кривая плавления.

Для воды кривая ОВ имеет отрицательный наклон <0., поскольку DV_плавл.<0. Пунктирная кривая О¢О –кривая зависимости давления насыщенного пара над переохлажденной водой.

На кривых АО, ОК и ОВ находятся в равновесии по две соответствующие фазы, Ф = 2. Тогда число степеней свободы f = 3 – 2 = 1, т.е. система моновариантная, поэтому на этих кривых возможно произвольно (независимо) в некоторых пределах менять или только давление, или только температуру. При этом необходимо в зависимости от изменения первой переменной изменить и другую переменную чтобы оставаться на соответствующей линии ОК, ОВ или АО.

Точка О выражает условия равновесия между паром, льдом и жидкой водой. Это – тройная точка воды, в ней в равновесии одновременно находятся три фазы. В точке О число фаз Ф = 3 и f = 3 – 3 = 0, т.е. система является нонвариантной или безвариантной. В тройной точке мы не можем изменить ни одного из параметров без изменения (уменьшения) числа фаз в системе. Тройная точка воды есть величина постоянная, тройной точке воды соответствуют следующие параметры: Т_тр.т. = 273,16 К (» 0,01°С) и р_тр.т. = 610,48 Па (» 4,579 мм рт.ст.).

Точка К называется критической. Она изображает состояние системы, в которой исчезают различия между жидкостью и паром, и их свойства становятся тождественными.

Энантиотропные и монотропные превращения.

Если при температуре перехода превращение одной твердой модификации в другую может самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, такой переход называется энантиотропным.

Гораздо реже встречаются системы, где самопроизвольные превращения при любых условиях идут только в одном направлении (односторонниие). Превращения такого типа называются монотропными.

Дата добавления: 2014-01-07