Основные понятия и законы термодинамики межфазных переходов и равновесий, страница 3

Принцип соответствия.

 Каждой совокупности фаз, находящихся в равновесии в данной системе, соответствует определенный геометрический образ на диаграмме состояния.

Под геометрическим образом понимают отдельные точки, кривые и даже области на диаграмме состояния ограниченные этими кривыми. Принцип соответствия можно продемонстрировать на примере геометрических образов, показанных на  диаграмме состояния воды при невысоких давлениях (см. рис. 5.1.) и диаграмме состояния системы из двух взаимнонерастворимых  неизоморфных веществ (рис.5.2).

Диаграмма состояния воды является примером диаграммы состояния однокомпонентной системы, отдельные фазы которых образованы одним и тем же веществом, находящимся в различных агрегатных состояниях.  По координатным осям отложены переменные параметры - температура и давление. Области диаграммы, ограниченные кривыми, соответствуют условиям (температура и давление), при которых устойчиво то или иное агрегатное состояние.

           Рис. 5.1.  Диаграмма состояния воды

Точки "О" и "К" являются характерными. О – тройная точка с координатами р = 6,09×10² Па и Т = 273,16 К;. В этой точке одновременно сосуществуют, находясь в равновесии газ, жидкость и лед. Оценка числа степеней свободы для этой точки по уравнению (5.2) дает результат n=1-3+2=0, т.е. при указанных условиях система безвариантна и любое смещение от этих условий изменит равновесие.  К – критическая точка. В этой точке исчезает равновесие между жидкостью и паром; n=1-2+2=1.  Названия отдельных линий -  геометрических образов и их соответствие фазам и конкретным процессам приведены в табл. 5.1.

Таблица5.1.

Соответствие линий (геометрических образов) процессам показанным на диаграмме состояния воды  на рис. 5.1.

	Температура повышается			Температура понижается
Линия	АО	ОК	СО	КО	ОС	ОА
Процесс	плавление (Т®Ж)	испарение (Ж®П)	сублимация (возгонка) (Т®П)	конденсация (П®Ж)	десублимация (П®Т)	кристаллизация  (Ж®Т)

Любая точка, лежащая в области, ограниченной линиями АО и ОК соответствует   жидкому состоянию волы, при котором  две фазы находятся в равновесии. Так, при температурах и давлениях, отвечающих точкам на линии ОК, в равновесии находятся  жидкая вода и пар. Линия ОК  называется кривой испарения.   Она   выражает  зависимость   давления   насыщенного водяного пара от температуры. В частности, при температуре 100°С давление насыщенного пара равно 101325 Па (1 атм). Это и есть точка кипения воды при атмосферном давлении. Линия АО называется кривой плавления. Она определяет равновесие между жидким и твердым состояниями воды.

Точки на линии сублимации СО отвечают условиям, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.

Расчет числа степеней свободы для  любых точек  находящихся  на линиях диаграммы, а также точки К дает величину n = 1- 2 + 2 = 1. Это означает, что, двигаясь по указанным линиям можно изменять, не нарушая равновесие,  только один параметр.

На рис. 5.2  приведена диаграмма состояния двухкомпонентной системы, состоящей из веществ А и В, которые не растворимы друг в друге и не взаимодействуют между собой.

             Рис. 5.2. Диаграмма состояния   двухкомпонентной системы 

Т_АЕТ_В – ликвидус, линия жидкости

t¹Et¹¹ – солидус, линия твердого тела

Е – эвтектическая точка

Т_А – температура кипения твердого вещества А

Т_В – температура кипения твердого вещества В