ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фазовые состояния и фазовые переходы из "Общая химия. Состояние веществ и химические реакции" По ощущениям, которые производят различные вещества на ор-ганы чувств человека, они могут быть разделены на три группы газообразные, жидкие и твердые (кристаллические). Каждая из этих групп указывает на определенное фазовое состояние вещества. [c.9] Под фазой понимают часть системы, которая имеет во всех точках один и тот же состав и обладает одинаковыми термодинамическими свойствами (см. также 2). Таким образом, фаза представляет собой термодинамически равновесное состояние веществ — фазовое состояние. Переход вещества из одного фазового состояния в другое — фазовый переход — сопровождается скачкообразным изменением свойств, например плотности, теплоемкости, внутренней энергии, энтропии и др. [c.9] Фазовые переходы ра.зделяются на два класса. К фазовым пере.кодам первого рода относятся испарение, возгонка, плавление, полиморфные переходы и т.д. Эти переходы сопровождаются выделением или поглощением теплоты и изменением объема фазы. Фазовые переходы второго рода не обладают этими качествами. Примерами фазовых переходов второго рода могут служить такие процессы, как переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное а-Ре—ь -Ре при 769 °С без изменения кристаллической структуры металла и при сохранении объема фаз (изменение энтропии в этом переходе равно нулю) переход металла в сверхпроводящее состояние переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние. [c.9] Вода при атмосферном давлении (101 325 Па) при температуре ниже 0°С находится в кристаллическом состоянии (лед). При 0°С она переходит в жидкое состояние (при этих условиях жидкость и лед сосуществуют в состоянии равновесия), в интервале температур О—100°С иода представляет собой жидкость, при 100Т, она кипит (равновесие жидкость — газ) и переходит в газообразное состояние. [c.9] Из этих данных видно, что энтропия наиболее четко указывает на повышение структурной организации воды при ее переходе из газообразного состояния в жидкое и далее в кристаллическое. [c.10] Газы не имеют собственной поверхности и собственного объема, они занимают полностью емкость того сосуда, в который они помещены. Газы обладают неограниченной способностью к расщирению при повыщении температуры и понижении давления. Расстояние между молекулами в газах во много раз больше размеров самих молекул, а межмолекулярные взаимодействия слабы и молекулы движутся практически независимо друг от друга. Расположение частиц в газовой системе почти г/олностью хаотично и энтропия газа намного выше энтропии вещества в других состояниях. [c.10] Жидкости сочетают свойства газообразного и кристаллического состояний. Они имеют поверхность и собственный объем. Молекулы жидкого вещества связаны между собой более прочными межмолекулярными силами, и упорядоченность в расположении частиц жидкой системы намного выше, чем у газов. В некоторых жидкостях (вода) отдельные очень небольшие ее объемы имеют упорядоченность, близкую к кристаллической. [c.10] Кристаллы, как и все твердые тела, имеют собственную поверхность и объем, которые не изменяются в гравитационном поле. Расстояния между частицами в кристаллах значительно меньше, чем в газах, а межмолекулярные и межатомные взаимодействия намного сильнее, чем в газах и жидкостях. Частицы ы кристаллическом веществе распределяются в некотором закономерном порядке, образуя кристаллическую решетку. Частицы, составляющие кристаллическую решетку, достаточно прочно закреплены на своих местах и совершают колебательные движения около некоторых положений, называемых узлами кристаллической решетки. Энтропия вещества в кристаллическом состоянии ниже энтропии жидкости и газа. Отличительная особенность кристалла состоит в том, что его свойства неодинаковы в различных направлениях (анизотропия). Для обозначения жидкого и кристаллического состояний вещества принято также название конденсированное состояние . [c.10] Испарение — процесс парообразования, совершающийся на поверхности жидкости (или кристалла). Если пар образуется при испарении жидкости не только с поверхности, но и в ее объеме, то происходит кипение. При кипении давление пара над жидкостью равно внещнему давлению (атмосферному). [c.11] Переход вещества из кристаллического состояния в газообразное называют сублимацией, или возгонкой. Переход жидкости в кристалл — кристаллизация, или отвердевание. Процесс отвердевания, протекающий при невысоких температурах, — замерзание. Обратный процесс перс. ода вещесгва нз кристаллического состояния в ж 1дкое — плавление. [c.11] Не следует путать полиморфизм с аллотропией — явлением существования элемента в виде различных простых веществ независимо от их фазового состояния. Например, кислород О2 и озон Оз — аллотропные формы кислорода, существующие в газообразном, жидком и кристаллическом состояниях. Графит и алмаз — аллотропные формы углерода и одновременно его кристаллические модификации. Понятия аллотропии и полиморфизма совпадают для кристаллического состояния простого вещества. [c.12] Направление полиморфного превращения, как и фазового перехода, определяется соотношением изобарных потенциалов фаз. Эти переходы совершаются в направлении уменьшения изобарного потенциала, т. е. если ЛС/ 0. [c.12] Скорость перехода вещества из одного фазового состояния а другое зависит от скорости подвода и отвода теплоты. Однако при некоторых условиях фазовый переход может быть кинетически заторможен, и поэтому получаются перегретые или переохлажденные жидкости и пересыщенные растворы. Состояния переохлажденного газа (пара) или перегретого кристалла не наблюдаются. [c.12] Скорости полиморфных превращений могут быть самыми различными. При обычных условиях термодинамически устойчива кристаллическая модификация углерода — графит. Тем не менее переход алмаза в графит не наблюдается даже при сравнительно высоких температурах, что обусловлено высокой энергией активации перехода. [c.12] Термодинамически неустойчивое при данных условиях состояние вещества, которое может длительное время существовать из-за кинетической неосуществимости перехода, называется метастабильным. [c.12] При переходе вниз по группе температуры и энтальпии плавления и кипения простых веществ возрастают, что объясняется усилением межмолекулярных взаимодействий (силы Ван-дер-Ваальса) в структурах кристаллической и жидкой фаз при увеличении массы и размера атома. Энтропии плавления благородных газов почти не изменяются, но энтропии испарения (при температуре кипения) возрастают при переходе вниз по группе, что также свидетельствует об усилении межмолекулярных взаимодействий. [c.13] Вернуться к основной статье