Однокомпонентные системы.
Примером онокомпонентной системы является любое вещество (элемент или химическое соединение), обладающее строго определенным химическим составом во всех агрегатных состояниях.
Из уравнения состояния следует, что при с = const, диаграмма состояния однокомпонентной системы строится на плоскости в системе координат Р - Т. Наиболее часто как пример диаграммы однокомпонентной системы приводится диаграмма состояния воды в области невысоких давлений (рис.6.2).
Рис. 6.1. Схема определения состояния системы. |
Кривые ОМ, ОN и ОQ делят координатное поле на три области. Каждая из них обозначает определенное агрегатное состояние воды:
S - область соответствует твердому (кристаллическому) состоянию;
L - область соответствует жидкому состоянию;
G - область соответствует газообразному состоянию;
Для любой точки, лежащей внутри той или иной области правило фаз определяет:
c = k - f + 2 = 1 - 1 + 2 = 2,
т. е. система обладает двумя степенями свободы. Это означает, что одновременно изменение давления и температуры в пределах данной области не вызовет нарушения фазового равновесия.
Линия ON - геометрическое место точек, определяющих значения Р и Т, которые обеспечивают равновесное сосуществование двух фаз - жидкости и пара:
.
Одновременно эта кривая выражает зависимость давления насыщенного пара от температуры или зависимость температуры кипения жидкости от давления. В этой связи кривая ON называется кривой испарения.
Линия ОМ - граница между областью S и областью L, представляющая собой совокупность точек, соответствующих состоянию двухфазного равновесия между твердой и жидкой фазами:
.
Линия ОМ называется кривой плавления, так как она изображает зависимость температуры плавления льда от давления.
Рис. 6.2. Диаграмма состояния воды. |
Линия ОQ - кривая возгонки или сублимации. Точки на этой кривой соответствуют состоянию равновесия твердой и газообразной фаз:
.
Эта линия устанавливает зависимость давления пара над твердой фазой от температуры и, с другой стороны, устанавливает влияние давления на температуру возгонки.
В соответствии с уравнением правила фаз, число степеней свободы для любой точки на любой кривой составит:
c = k - f + 2 = 1 - 2 + 2 = 1,
то есть система обладает одной степенью свободы. Это означает, что не нарушая состояния равновесия, можно произвольно изменять только один параметр. При этом другой параметр тоже должен изменяться в соответствии с уравнением соответствующей кривой.
Линии ON, OM и OQ имеют одну общую точку, точку О, называемую тройной точкой. Она определяет значения параметров, при которых жидкость, пар и кристаллы находятся в состоянии равновесия. По правилу фаз число степеней свободы системы в тройной точке:
c = k - f + 2 = 1 - 3 + 2 = 0,
что определяет условия равновесного сосуществования трех фаз при строго фиксированных значениях Р и Т. Для воды:
Р0 = 0,006 105 Па и Т0 = 273,0075 К.
Дата добавления: 2015-05-21; просмотров: 1295;