ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды из "Физическая и коллоидная химия" Молекулы жидких и твердых тел при любой темпеч ратуре могут переходить в газообразную фазу. Пере ход жидкости в газообразное состояние называется испарением, обратный переход вещества из газового состояния в жидкое — конденсация. Переход вещества из твердого состояния в газообразное является сублимацией, обратный процесс — десублимацией. Возможен переход вещества из твердого состояния в жидкое плавление) и из жидкого в твердое кристаллизация). Все эти процессы, при которых вещества без изменения химического состава переходят из одного агрегатного состояния в другое, называются фазовыми переходами. [c.51] Под фазой понимают однородную часть системы, обладающую одинаковым составом, физическими и химическими свойствами и отделенную от других частей системы поверхностью раздела. Так, в системе, состоящей из жидкой воды и льда, две фазы одна фаза — жидкая, другая — твердая. Причем лед может быть или в виде крупного куска, или в виде нескольких мелких кусочков—все равно это одна твердая фаза. Смесь газов в закрытом сосуде — система однофазная. Насыщенный раствор соли в воде — система трехфазная пар над раствором — это одна фаза, жидкий раствор — другая и кристаллы соли— третья. Системы, состоящие из нескольких фаз, нач зывают гетерогенными, из одной фазы — гомогенными. [c.51] Гетерогенная система может состоять из одного или нескольких компонентов. Компонент — это каждое содержащееся в системе химически индивидуальное вещество, которое может быть выделено из нее и может существовать вне ее. Например, компонентами водного раствора хлорида натрия являются вода и хлорид натрия. Ионы же натрия и хлора не могут считаться компонентами, так как они не существуют как отдельные вещества. [c.52] Для получения такой равновесной системы достаточно двух веществ из трех. Третье вещество появится в ходе установления равновесия. Поэтому если между веществами гетерогенной системы возможна химическая реакция, то число компонентов равно числу веществ, участвующих в реакции, минус единица. [c.52] По правилу фаз при С=0 для данной системы можно определить максимальное число фаз, находящихся в равновесии. [c.53] Тогда для однофазной системы С=2, для двухфазной—С=1, и для трехфазной — С = 0. В однокомпонентной системе число равновесных фаз не может быть больше трех. При большем числе фаз число степеней свободы будет отрицательным, что не имеет физического смысла. [c.53] Число степеней свободы однофазной системы, равное двум, показывает, что в этом случае можно изменять и температуру, и давление без нарушения равновесия, причем изменение одного параметра не вызовет изменения другого. [c.53] Число степеней свободы двухфазной системы, равное единице, свидетельствует о том, что независимо и произвольно можно изменить только один параметр без нарушения равновесия, при этом второй параметр изменяется в зависимости от первого. Если же число степеней свободы равно нулю, то равновесие характеризуется определенными параметрами (р и Г) и ни один из них не может быть изменен без нарушения равновесия системы. [c.53] Рассмотрим графическую зависимость фазового состояния однокомпонентной системы, например воды, от внешних условий (р и Т). Такие графики получили название фазовых диаграмм или диаграмм состояния-, их строят на основании экспериментальных данных. [c.54] На диаграмме состояния воды (рис. 17) имеются три линии АО, ВО и СО, пересекающиеся в одной точке О и разделяющие всю диаграмму на три части. Кривая АО выражает зависимость давления насыщенного пара над льдом от температуры. Кривая ОВ показывает зависимость давления насыщенного пара над жидкой водой от температуры эту кривую можно характеризовать так же, как зависимость температуры кипения воды от давления. Кривая О В обрывается при ординате, соответствующей 374 °С, так как эта температура соответствует критической температуре воды, а при более высокой температуре жидкая вода уже не может существовать. Кривую ОС можно определить как зависимость температуры плавления льда (или замерзания жидкой воды) от давления. Она имеет небольшой наклон влево, т. е. с повышением давления температура плавления льда воды понижается. Такой ход кривой характерен для очень немногих веществ (вода, серебро, висмут). Это связано с тем, что при затвердевании объем их увеличивается. У большинства же веществ при затвердевании объем уменьшается и кривая ОС на фазовых диаграммах имеет наклон вправо. [c.54] Рассмотренные кривые (Л О, О В и ОС) соответствуют переходу воды из одного фазового состояния в другое, т. е. определяют равновесие двух фаз. Области, ограниченные этими кривыми, отвечают условиям существования одной фазы. При давлении и температурах, лежащих в области АОС, вода может существовать только в виде льда область ВОС соответствует жидкой воде, а область ЛОБ —пару. [c.54] Вычислим число степеней свободы для точек, лежащих на кривых. Для этих точек /С=1 и Ф = 2 (в равновесии находятся две фазы), поэтому С = /С —Ф + 2=1 —2 + 2=1. [c.55] в известных пределах можно менять значения р и Т независимо друг от друга, не изменяя числа фаз. [c.55] Приведенная на рис. 17 фазовая диаграмма воды построена для области сравнительно низких давлений. С увеличением давления у воды появляются но- вые кристаллические фазы (см. гл. I, 7) и соответственно усложняется диаграмма. [c.55] Вернуться к основной статье