Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
давления и малых температур. У этих веществ температура плавления при
увеличении давления уменьшается. Например, вода при температуре около 0°С
и давлении вблизи атмосферного является аномальным веществом, поскольку
плотность льда меньше плотности воды. Однако с повышением давления лед
переходит в другие модификации, для которых аномальность не имеет места.
Поэтому при очень высоком давлении и соответствующей температуре вода
существует в твердом состоянии в виде льда. К аномальным веществам,
которые при достаточно высоком давлении остаются жидкими вплоть до очень
низкой температуры, относятся, например, висмут и сурьма.
Таблица 6
Температура плавления и удельная скрытая теплота плавления некоторых
веществ
Вещество 1ПЛ,°С кД?/кг
Алюминий 660,1 397,1
Бензол 5,53 128,1
Вода 0,0 333,7
Водород -259,2 58,6
Глицерин 18,4 201,1
Железо чистое 1535 277,1
Золото 1063 65,7
Медь 1083 205
Ртуть -38,87 11,8
Серебро 960,8 104,5
Цинк 419,5 111
L d Т
р~ Vi -v2~T
§ 47. Кристаллизация и плавление 335
Переход из жидкого состояния в твердое происходит при определенных
температуре и давлении. Этот процесс называется кристаллизацией. Обратный
процесс называется плавлением. При плавлении необходимо затрачивать
теплоту для перевода вещества из твердого состояния в жидкое без
изменения температуры. Эта теплота называется скрытой теплотой плавления.
При кристаллизации выделяется теплота кристаллизации. Таким образом,
ситуация здесь совершенно аналогична той, которая была рассмотрена в § 30
при анализе перехода между газообразным и жидким состояниями. Так же как
и рассмотренные там переходы, кристаллизация и плавление являются
фазовыми переходами первого рода.
Скрытая теплота плавления, отнесенная к массе вещества, является удельной
скрытой теплотой плавления (табл. 6). Удельной скрытой теплотой плавления
называется количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг вещества из
твердого состояния в жидкое при температуре плавления без изменения
температуры.
Кристаллизация и сублимация. При достаточно малых давлениях переход в
твердое состояние осуществляется сразу из газообразного состояния, минуя
жидкую фазу, и, наоборот, при нагревании твердого тела при
соответствующем давлении оно не плавится, переходя в жидкое состояние, а
сразу переходит в газообразное состояние, как говорят, возгоняется, или
сублимируется. Кристаллизация из газообразного состояния и возгонка также
происходят при определенных температуре и давлении и сопровождаются
поглощением или выделением скрытой теплоты. Поэтому они также являются
фазовыми переходами первого рода.
Фазовые диаграммы. Соотношение между давлением и температурой при фазовом
переходе первого рода дается формулой Клапейрона - Клаузиуса (31.4): dp
L
dT= Т (Fi У2У
В случае переходов жидкость - твердое тело и газ - твердое тело L
является скрытой теплотой кристаллизации (из жидкого или газообразного
состояния), V2 - удельным объемом вещества в твердом состоянии, Vl -
удельным объемом вещества в жидком состоянии при переходе жидкость -
твердое тело или в газообразном состоянии при переходе газ - твердое
тело.
Для большинства веществ удельный объем при переходе в твердое состояние
уменьшается, т. е. плотность увеличивается. Поэтому для большинства
веществ Vx > V2 и, следовательно, dp/dT> 0, т. е. давление р, при котором
совершается фазовый переход, растет с увеличением температуры.
# Кристаллизация из газообразного состояния и возгонка
также являются фазовыми переходами первого рода. Они происходят при
давлении ниже давления тройной точки.
У аномальных веществ плотность при переходе в твердое состояние
уменьшается. Температура плавления у них при повышении давления
уменьшается.
Фазовый переход второго рода происходит сразу во всем объеме без его
изменения и без скрытой теплоты перехода. Пространственное разделение фаз
отсутствует и нет их одновременного существования в равновесии друг с
другом.
336 5. Твердые тела
Теперь можно дополнить диаграмму состояний газ - жидкость (см. рис. 70)
диаграммами состояний жидкость - твердое тело и газ - твердое тело. В
результате получается диаграмма состояний газ - жидкость - твердое тело
(рис. 122).
Точка А является тройной: в ней находятся в равновесии одновременно газ,
жидкость и твердое тело. Это находится в полном соответствии с тем, что
следует из правила фаз (см. § 41). Давление и температура тройной точки
обозначены рт и Тт; О А является кривой сублимации: при соответствующих
давлении и температуре происходит переход газ - твердое тело, минуя
жидкое состояние. Выше давления тройной точки рт, но ниже критического
давления ркр, переход из газообразного в твердое состояние может быть
осуществлен только через жидкую фазу.
АК является кривой перехода жидкость - газ. Она начинается в тройной
точке А и заканчивается в точке К, обозначающей критическое состояние.
При температуре выше критической теряется различие между жидкостью и
