Поняття діаграми стану однокомпонентної системи

Розглянемо діаграму стану однокомпонентної системи на прикладі діаграми стану води.

Області фазової діаграми, обмежені кривими, відповідають тим умовам (температура і тиск), при яких стійка тільки одна фаза речовини. Наприклад, при будь-яких значеннях температури і тиску, які відповідають точкам діаграми, обмеженим кривими ВТ і ТЗ, вода існує в рідкому стані. За будь-яких температурі і тиску, відповідних точкам діаграми, які розташовані нижче кривих АТ і ТЗ, вода існує в пароподібному стані.

Криві фазової діаграми відповідають умовам, за яких будь-які дві фази знаходяться в рівновазі один з одним. Наприклад, при температурах і тиску, відповідних точкам кривої ТС, вода і її пар знаходяться в рівновазі. Це і є крива тиску пари води. У точці Х на цій кривій рідка вода і пара знаходяться в рівновазі при температурі 373 К (100 ° С) і тиску 1 атм (101,325 кПа); точка Х являє собою точку кипіння води при тиску 1 атм.

Крива АТ є кривою тиску пари льоду; таку криву зазвичай називають кривою сублімації.

Крива ВТ являє собою криву плавлення. Вона показує, як тиск впливає на температуру плавлення льоду: якщо тиск зростає, температура плавлення трохи зменшується. Така залежність температури плавлення від тиску зустрічається рідко. Зазвичай зростання тиску сприяє утворенню твердої речовини. У разі води підвищення тиску призводить до руйнування водневих зв’язків, які в кристалі льоду пов’язують між собою молекули води, змушуючи їх утворювати громіздку структуру. У результаті руйнування водневих зв’язків відбувається утворення більш щільної рідкої фази.

У точці Y на кривій ВТ лід знаходиться в рівновазі з водою при температурі 273 К (0 ° С) і тиску 1 атм. Вона являє собою точку замерзання води при тиску 1 атм.

Крива SТ вказує тиск пари води при температурах нижче її точки замерзання. Оскільки вода в нормальних умовах не існує у вигляді рідини при температурах нижче її точки замерзання, кожна точка на цій кривій відповідає воді, що у метастабільному стані. Це означає, що при відповідних температурі і тиску вода знаходиться не в своєму найбільш стійкому (стабільному) стані. Явище, яке відповідає існуванню води в метастабільному стані, описуваному точками цієї кривої, називається переохолодженням.

На фазовій діаграмі є дві точки, що представляють особливий інтерес. Насамперед, відзначимо, що крива тиску пари води закінчується крапкою С. Вона називається критичною точкою води. При температурах і тиску вище цієї точки пари води не можуть бути перетворені в рідку воду ніяким підвищенням тиску. Іншими словами, вище цієї точки парова і рідка форми води перестають бути помітними. Критична температура води дорівнює 647 К, а критичний тиск становить 220 атм.

Точка Т фазової діаграми називається потрійною точкою. У цій точці лід, рідка вода і пари води знаходяться в рівновазі один з одним. Цій точці відповідають температура 273,16 К і тиск 6,03 10-3 атм. Лише при зазначених значеннях температури і тиску всі три фази води можуть існувати разом, перебуваючи в рівновазі один з одним.

Посилання на основну публікацію