Равновесия между фазами для чистых веществ и диаграмма состояния

V.7. 4. Равновесия между фазами для чистых веществ и диаграмма состояния [c.216]

Равновесия между различными фазами чистого вещества удобно представлять в виде фазовой диаграммы в координатах давление-температура. Отдельные участки фазовой диаграммы соответствуют условиям термодинамической устойчивости какой-либо одной фазы, эти участки разграничиваются кривыми, которые соответствуют областям равновесия между двумя фазами совокупность условий одновременного сосуществования трех фаз определяется точкой, где сходятся три кривые и которая называется тройной точкой. Согласно правилу фаз, для чистого вещества число / независимо изменяющихся параметров состояния, как, например, температура и давление, определяется соотношением / = 3 - р, где р-число имеющихся в наличии фаз. Принцип Ле Шателье предсказывает, что все кривые равновесий между двумя фазами должны иметь положительный тангенс угла наклона, за исключением межфазной кривой лед-вода (и еще нескольких веществ), отрицательный тангенс угла наклона которой обусловлен уменьшением объема льда при плавлении. Пользуясь фазовыми диаграммами, можно предсказать, ведет ли себя вещество при плавлении подобно воде либо сублимирует подобно твердому диоксиду углерода для этого требуется лишь знать, больше или меньше атмосферное давление, чем давление в тройной точке данного вешества. [c.148]

Кривая 3 передает охлаждение смеси с большим содержанием В 60% А и 40% В, и поэтому кристаллизация А начнется при еще более низкой температуре. Вид кривой не отличается от рассмотренной для сплава с 75% А. Вообще охлаждение расплавов всех составов, содержащих больше 45% А, характеризуется кривыми, подобными кривым 2 или 3. Лишь для состава, точно отвечающего 45% А, т. е. точке Е, кривая охлаждения 4 имеет такой же вид, как для чистого вещества. Эта эвтектическая смесь имеет самую низкую температуру плавления. Соединив на диаграмме состояния точки, отвечающие площадкам и изломам на кривых охлаждения, получим линию Т1Е, которая называется линией ликвидуса. При температурах выше этой линии существует только однородная жидкость (область I). Линия ликвидуса Т Е показывает зависимость температуры плавления сплавов от состава и отвечает равновесию между кристаллами А и жидкостью. Горизонтальная прямая ТеТе называется линией солидуса. При температурах ниже этой линии существуют лишь твердые фазы (А и В) и отсутствует жидкость (область IV). Область II, ограниченная кривой Т Е, осью ординат и прямой ТеТе, отвечает двухфазным смесям кристаллы А+ +жидкость. Любой точке Я этой области, например, при температуре Тп соответствует равновесный расплав строго определенного состава — в данном случае содержащий 55% А. Это показывает перпендикуляр, опущенный на ось составов из точки пересечения горизонтали ТвЯЗ с линией ликвидуса. Отношение между массой твердой фазы /Птв и массой оставшейся жидкости т в двухфазной области передается правилом рычага [c.90]

Диаграммы состояния изображают равновесия между всеми жидкими и твердыми фазами, образуемыми компонентами системы при различных концентрациях и температурах и постоянном давлении. При построении этих диаграмм системы изучаются (поскольку это возможно) во всем интервале концентраций, т. е. от чистого вещества А до чистого вещества В. Интервал температур, в котором проводится исследование, выбирается так, чтобы на диаграмме отражалось как равновесие жидких фаз с другими жидкими и твердыми фазами, так и превращения, протекающие 8 системе ниже температуры ее полного затвердевания. [c.224]

В отличие от газов и жидкостей, где последовательно испаряющиеся или конденсирующиеся порции смеси могут равномерно перемешиваться с ранее образовавшимися порциями, осредняя состав, при кристаллизации все время образуются и сохраняются кристаллы состава, изменяющегося от г %с до Гг = 1, практически не приходящие в равновесие ни между собой, ни с изменяющейся по составу жидкой фазой. Аналогично тому, что происходит при дистилляции, здесь также к окончанию кристаллизации в жидкой фазе остается практически чистое легкоплавкое вещество. Фазовые диаграммы значительно усложняются, если компоненты образуют между собой в твердом (а иногда и в жидком) состоянии химические соединения и растворы с ограниченной растворимостью. [c.215]

Характерные свойства системы описываются соответствующей диаграммой состояния (рис. 218). В пределах кривой АЕ затвердевает или плавится чистое вещество А, в пределах кривых Еа и ЬВ — компонент В. В точках а н Ь гомогенная до этого фаза разделяется на две жидкие фазы или смесь плавится, образуя два жидких слоя. Один из слоев представляет насыщенный раствор компонента В в компоненте А, другой — насыщенный раствор компонента А в компоненте В. Так как в равновесии друг с другом находятся три фазы, то этот процесс в конденсированной системе происходит при постоянной температуре. Промежуточный участок между точками а и 6 называется разрывом взаимной растворимости в жидком состоянии. Относительные количества обоих слоев непрерывно меняются между концентрациями, соответствующими точкам а и Ь, соответственно составу всей системы с увеличением концентрации В доля слоя а уменьшается, а доля слоя Ь увеличивается. Так как с повышением температуры взаимная растворимость двух жидкостей обычно увеличивается, то протяженность зоны расслоения соответственно уменьшается пока при критической температуре [c.850]

Физико-химический анализ устанавливает количественную зависимость между составом системы и каким-нибудь измеримым физическим свойством ее — температурой кипения, плавления, давлением пара, электропроводностью и др. Графическое изображение зависимости какого-либо свойства от состава системы или другого фактора равновесия ее (например, давления) называется диаграммой состояния. Одним из основных видов физико-химического анализа, служапщм для установления фазовых превращений, является термический анализ, основанный на наблюдении скорости охлаждения или нагрева чистых веществ и сплавов. Из полученных данных строят кривые зависимости изменения температуры сплава данного состава от времени и по точкам излома кривых определяют температуры кристаллизации или плавления, образования или исчезновения одной из фаз. На основании кривых охлаждения (или нагрева) строят диаграммы состав — температура кристаллизации (плавления), так называемые диаграммы плавкости, которые являются частным случаем диаграмм состояния. Величина, характеризующая свойство (температура кристаллизации), откладывается на ординате, а состав — на абсциссе в виде весовых процентов либо мольных долей. [c.50]

На рис. 6.5 и 6.6 представлены типичные диаграммы соотношений между Т, Р, V и тпемя фазами — кристаллической, жидкой и газовой — для чистого вещества. На рис. 6.7 изображены закрытые сосуды, содержащие только по две полностью разграниченные области — одну твердую [кристаллическую (кр)], а другую текучую [жидкую (ж) или газовую (г)]. Облаем кристаллического состояния охватывает все значения Т, Р и V, при которых устойчив кристалл данного вещества Область текучего состояния охватывает все значения Т, Р и V, при которых устойчивы либо газовая, либо жидкая фаза. Точки О или В (в данном случае они совпадают) соответствуют своеобразному положению, когда все три фазы имеют одинаковые значения Т и Р и, следовательно, находятся в равновесии друг с другом. При этих условиях одновременно существуют три фазы. Поскольку для однокомпонентной системы Р = С—Р + 2= —3 + + 2 = 0, это означает, что в такой системе одновременное существование трех фаз — твердой, жидкой и газовой — возможно лишь в одной точке О (или В) диаграммы состояний. Температура, соответствующая этой точке, называется температурой тройной точки. Эта температура не изменяется до тех пор, пока в системе присутствуют одновременно все три фазы вещества. [c.224]

В системе характеризуется так называемой тройной точкой диаграммы состояния, показывающей, в каком фазовом состоянии находится вещество в зависимости отРнТ. Для построения диаграммы состояния вещества используют прямоугольную систему координат, откладывая по оси абсцисс абсолютную температуру, а по оси ординат давление. Определенные значения Т н Р являются координатами точки, местоположение которой на диаграмме показывает фазовое состояние вещества при данных условиях. Как видно из схематической диаграммы состояния воды, приведенной на рис. 39, вся ее площадь разделена на три зоны, отвечающие трем фазовым состояниям. Зоны отделены друг от друга тремя линиями, точки на которых соответствуют существованию воды в двух состояниях, в двух фазах, находящихся между собой в равновесии лед пар (кривая ОА), ледТ 7 " жидкость (кривая ОВ), жидкость пар (кривая ОС). При осторожном охлаждении чистой воды ниже 0° С можно получить переохлажденную воду, которой соответствует кривая ОБ, являющаяся продолжением кривой ОС за точку О — точку замерзания воды. Однако такая система неустойчива и легко разрущается, превращаясь в обычный лед. В отличие от воды для большинства веществ переход твердой фазы в жидкую сопровождается увеличением объема, поэтому для них рост давления будет смещать этот переход в сторону более высоких температур. Тогда равновесие твердая фаза жидкость должно характеризоваться кривой ОЕ, наклон которой противоположен наклону кривой ОВ. Кривая равновесия жидкость — газ (ОС) в области высоких температур ограничена критической точкой, выше которой вещество переходит в газовое состояние независимо от давления. Для воды критическая температура равна 374° С. При нормальном внешнем давлении (760 мм рт. ст. или 1,013-10 Н/м) жидкая и парообразная фазы воды находятся между собой в равновесии при 100° С, так как при этом давление пара над жидкостью сравнивается с внешним давлением и вода закипает. [c.92]