Главная > Физика > Введение в физику (А. И. Китайгородский)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 33. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

§ 243. Диаграмма состояния

Возможно лишь одно газовое состояние и одно жидкое. Что же касается кристаллических состояний (а также жидко-кристаллических и газо-кристаллических), то их может быть несколько.

Газовое и жидкое состояния вещества характеризуются беспорядком в расположении частиц. В газе соотношение между кинетической энергией движения частиц и потенциальной энергией их взаимодействия таково, что силы связи не могут удержать частицы и молекулы разлетаются настолько, насколько это позволяет сосуд, в котором находится вещество. Жидкому состоянию свойственна определенная форма, поскольку силы сцепления делают невозможными независимые свободные пробеги молекулы. При больших давлениях различие между газом и жидкостью пропадает.

Так как нет двух беспорядочных расположений частиц, отличающихся друг от друга принципом построения, то каждое вещество имеет одно жидкое и одно газовое состояние. Кристалл характеризуется определенным взаимным расположением частиц, поэтому для одного и того же вещества в принципе возможно любое число различных кристаллических фаз. И действительно, мы наблюдаем для одного и того же химического соединения, почти как правило, несколько различных кристаллических модификаций (алмаз и графит, белое и серое олово, красная и желтая сера и т. д.).

Каждое вещество находится в том или ином фазовом состоянии в зависимости от внешних условий, а именно, в зависимости от температуры и давления. Вместо того чтобы описывать условия существования фаз данного вещества при помощи таблицы, принято пользоваться для этой цели диаграммой в координатах давление — температура. Эта диаграмма носит название диаграммы состояния.

Три таких диаграммы показаны в качестве примера на рис. 280. Слева вверху изображена диаграмма состояния идеального вещества, имеющего только одну твердую фазу. Поле диаграммы разбито на три области: одна из них указывает условия существования кристалла, другая — жидкого состояния и третья — газовой фазы. Естественно, газовая фаза лежит внизу справа, т. е. при меньших давлениях и больших температурах.

Рис. 280. (см. скан)

Твердая фаза занимает область наименьших температур и наибольших давлений. Такая диаграмма весьма удобна: интересуясь, в каком состоянии находится тело при давлении и температуре мы строим соответствующую точку на диаграмме состояния и получаем немедленный ответ.

Справа вверху изображены условия существования различных фаз серы. Это вещество обладает двумя кристаллическими модификациями и поле разбивается на четыре участка. Наконец, внизу

цриведена диаграмма состояния воды. Ее трудна в линейном масштабе изобразить на одном чертеже, поэтому мы показываем эту диаграмму с помощью логарифмического масштаба по шкале давлений. Как видим, лед существует не в одной, а в пяти различных модификациях. Они обозначаются цифрами I, II, III, V и VI, так как фаза, названная ранее IV, была указана ошибочно. Малоизвестные фазы льда существуют при более высоких давлениях.

На диаграмме состояния физический смысл имеют не только точки, попадающие в поля диаграммы, но и линии раздела между фазами. При давлении и температуре, соответствующих точкам линий раздела, две граничные фазы существуют совместно. Для воды это будет соответствовать условию, при котором лед плавает в воде и при этом лед не плавится и вода не замерзает. Линии раздела можно назвать кривыми фазового равновесия.

Подчеркнем, что имеются кривые, а не точки фазового равновесия. Это значит, что равновесие двух фаз может быть осуществлено при разных температурах, если соответственно менять давления. Можно то же самое сказать иными словами: температура фазового равновесия является функцией давления или, с таким же успехом, давление фазового равновесия является функцией температуры.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление