Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
газом.
АВ является кривой перехода жидкость - твердое тело. Она не имеет конца,
а продолжается безгранично вверх (см. рис. 122; стрелка на верхнем конце
кривой). Это обусловлено тем, что жидкое состояние отличается от
кристаллического по структуре и ни при каких обстоятельствах
кристаллическая структура не может стать бесструктурной по самому
определению. Это и означает, что кривая перехода жидкость - твердое тело
не может иметь конца.
Для воды давление и температура тройной точки равны соответственно рт - 6
Па и Тт - 0,01 °С. Поэтому сублимацию для воды и равновесие всех фаз в
тройной точке нельзя наблюдать в обычных условиях при атмосферном
давлении. Для углекислоты рт = 5,16 • 105 Па, Тт= - 56,65°С, поэтому
обычные условия находятся ниже давления тройной точки. Значит, твердая
углекислота при атмосферном давлении возгоняется в газообразное
состояние, минуя жидкую фазу. Это делает ее удобным охлаждающим средством
("сухой снег").
Аномальные вещества. У аномальных веществ V2 > У\ и, следовательно,
dp/dT< 0. Поэтому их типичная диаграмма состояний имеет вид, показанный
на рис. 123. Кривая АВ перехода жидкость - твердое тело в этом случае
направлена так, как показано на этом рисунке. Это означает, что
температура плавления при повышении давления у таких веществ понижается
и, следовательно, они
Т, ткр т
122. Диаграмма состояний газ - жидкость - твердое тело нормального
вещества
123. Диаграмма состояний газ - жидкость - твердое тело аномального
вещества
8 47 Кристаллизация и плавление 337
124
124. Типичная форма поверхностей нормальных вешеств в переменных р, V, Т
125. Типичная форма поверхностей аномальных веществ в переменных р, V, Т
могут при достаточно высоком давлении оставаться жидкими до очень низкой
температуры.
Поверхности в координатах р, V, Т. Каждое вещество в газообразном, жидком
и твердом состояниях характеризуется определенным соотношением между
давлением р, объемом V и температурой Т. Если зафиксировать значение
одного из параметров, то соотношение между двумя другими изобразится в
виде кривой. Именно такой метод исследования зависимостей между
параметрами был использован при изучении различных агрегатных состояний
вещества. В общем случае уравнение состояния вещества имеет вид
ф{р,У, Т) = 0, (47.1)
причем функция Ф зависит от вещества и является, вообще говоря, не
простой. Если по осям прямоугольной декартовой системы координат в трех
измерениях откладывать р, V, Г, то уравнение (47.1) изобразится некоторой
поверхностью в пространстве. Поэтому можно сказать, что уравнение
состояния вещества изображается поверхностью в пространстве р, V. Т.
Хотя форма поверхностей зависит от свойств конкретного вещества, общие
характерные черты этих поверхностей для различных классов веществ
одинаковы. На рис. 124 изображена общая форма поверхностей для веществ,
удельный объем которых при затвердевании уменьшается, а на рис. 125 - для
аномальных веществ, удельный объем которых при затвердевании
увеличивается. Буквами Г, Ж, Т обозначены участки поверхностей, точки
которых соответствуют газообразному, жидкому или твердому состоянию, а
участки поверхностей Т - Г, Ж - Г, Т - Ж соответствуют двухфазным
состояниям твердое тело - газ, жидкость - газ, твердое тело - жидкость.
Линии на поверхности разделяют ее участки, соответствующие различным
фазам.
Изотермы, изобары и изохоры получаются как точки пересечения рЕТ-
поверхности соответственно с плоскостями Т= const, р = const и V= const.
Например, изотермы, соответствующие рис. 124, изображены на рис. 66.
Точка А 5 (рис. 124) соответствует критической точке К (см. рис. 66), а
точки области Ж - Г (рис. 124) изображаются точками горизонтальных прямых
(см. рис. 66).
Фазовые диаграммы получаются проектированием линий раздела между фазами
на координатные плоскости. Например, если спроецировать линии раздела
между фазами поверхности (рис. 124) на координатную плоскость р, Т, то
получается фазовая диаграмма, изобра-
22 А. Н. Матвеев - 1488
338 5. Твердые тела
женная на рис. 122. Линия О А на рис. 122 соответствует проекции
поверхности Т - Г, ограниченной линиями А1А2А4.А6А2 на координатную
плоскость р, Т. Линия АК на рис. 122 получается в результате
проецирования поверхности Ж - Г, ограниченной линией А4А5А6 на рис. 122,
причем точка К соответствует точке А5. Наконец, линия АВ является
проекцией поверхности А2А3А4А4, точки которой описывают двухфазные
состояния кристаллизации жидкости. Тройная точка А на рис. 122 является
проекцией линии А2А6 на рис. 124 на плоскость р, Т. Аналогично получаются
фазовые диаграммы в других переменных.
Таким образом, р FT-поверхности содержат в себе наиболее полную
информацию о состояниях вещества и возможных путях перехода из одного
состояния в другое. Однако их использование усложнено чисто техническими
трудностями изображения пространственных поверхностей на двумерных
чертежах. Более просто использовать двумерные диаграммы, на которых
