Фазовые переходы. Диаграмма состояний вещества.

Вещество может находиться в одном и том же агрегатном состоянии, но иметь разные физические свойства. Например, графит и алмаз – имеют одинаковый химический состав (углерод), находятся в твердом состоянии, но имеют разную плотность, электропроводность, теплопроводность, теплоемкость и т.д. Кроме того графит – очень мягкий материал, а алмаз – самый твердый в природе материал.

Фаза – (от греч. рhasis – появление) однородная по химическому составу и физическим свойствам часть термодинамической системы, отделенная от других частей (фаз), имеющих иные свойства, границами раздела, на которых происходит изменение свойств. Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом. Различают фазовые переходы первого и второго рода.

Фазовые переходы первого рода – изменение физических свойств происходит скачком при определенной температуре (температура кипения, плавления) и с выделением или поглощением теплоты фазового перехода.

Q_конд = - r ∙ m

Q_крист = - λ ∙ m

Q_кип = r ∙ m

Q_пл = λ ∙ m

Здесь r – удельная теплота парообразования (характеризует зависимость теплоты, выделяемой при конденсации или поглощаемой при кипении, от рода вещества и внешних условий), λ – удельная теплота плавления (характеризует зависимость теплоты, выделяемой при кристаллизации или поглощаемой при плавлении, от рода вещества и внешних условий).

Примеры сублимации:

- испарение сухого льда;

- испарение нафталина.

Примеры десублимации:

- образование снежинок;

- высыхание белья на морозе;

- образование инея на деревьях и стеклах домов.

Фазовые переходы второго рода – изменение физических свойств происходит при определенной температуре (точка Кюри, критическая температура) и без выделения или поглощения теплоты фазового перехода.

Примеры: явление сверхпроводимости при температуре ниже критической, переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное при точке Кюри, переход гелия в сверхтекучее состояние.

Для определения областей существования фаз в термодинамике применяют диаграмму состояния вещества. Она представляет собой зависимость давления от температуры для данного рода вещества.

Линия АС соответствует процессам сублимации и десублимации.

Линия ВС соответствует процессам плавления и кристаллизации.

Линия КС соответствует процессам кипения и конденсации.

Точку С называют тройной точкой – это такая температура Т_с , при которой вещество существует в равновесии сразу в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном). Тройная точка для вода (температура, при которой лед, вода и пар существуют в равновесии) равна 0,01 или 273,16 К.

Существует интересное явление: горячий лед. На очень больших глубинах вода в земной коре уплотняется и, вероятно, представляет собой нечто вроде "горячего льда". Такой "лед" с температурой +80 градусов Цельсия удалось получить под давлением в десятки тысяч атмосфер в лабораторных условиях. При нормальном атмосферном давлении и температуре более 1000 градусов вода разлагается на составляющие ее газы - водород и кислород. Но огромное давление в глубинах земной коры препятствует этому процессу или затрудняет его.

Дата добавления: 2015-07-07