Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
По окончании процесса кристаллизации в равновесии будут находиться твердая и газообразная фазы. Если продолжать отнимать от вещества тепло, то тем* пература снова начнет понижаться. Соответственно уменьшается давление паров, находящихся в равновесии с кристаллической фазой. Точка, изображающая
нием давления. Поэтому точ* ка, изображающая состоя* ние вещества на диаграмме (Р, Т), перемещается вниз по кривой испарения (рис. 331). Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута температура кристаллизации вещества, отвечающая равно-
Рис. 331.
499
состояние вещества, перемещается вниз по кривой сублимации.
Температура тройной точки есть температура, при которой плавится вещество, находясь под давлением, равным ртр. При других давлениях температура плавления будет иной. Связь между давлением и температурой плавления изобразится кривой плавления, начинающейся в тройной точке. Таким образом, тройная точка оказывается лежащей на пересечении трех кривых, определяющих условия равновесия двух фаз: твердой и жидкой, жидкой и газообразной и, наконец, твердой и газообразной.
В зависимости от соотношения между удельными объемами твердой и жидкой фаз кривая плавления идет либо так, как на рис. 331
> 0 j, либо так, как на рис. 332
dT
Рис. 332.
Кривые плавления, испарения и сублимации разбивают координатную плоскость на три области. Слева от кривых сублимации и плавления лежит область твердой фазы, между кривыми плавления и испарения заключена область жидких состояний и, наконец, справа от кривых испарения и сублимации простирается область газообразных состояний вещества. Любая точка в одной из этих областей изображает соответствующее однофазное состояние вещества (все время имеются в виду только равновесные состояния, т. е. такие состояния, в которых вещество при неизменных внешних условиях пребывает сколь угодно долго). Всякая точка, лежащая на одной из разграничивающих области кривых, изображает состояние равновесия двух соответствующих фаз вещества. Тройная точка изображает состояние равновесия всех трех фаз.
Таким образом, каждая точка на диаграмме изображает определенное равновесное состояние вещества. Поэтому ее называют диаграммой состояния.
Для вещества с несколькими кристаллическими модификациями диаграмма состояния имеет более слож-
Б00
ный характер. На рис. 333 изображена диаграмма для случая, когда число различных кристаллических модификаций равно двум. В этом случае имеются две тройные точки. В точке Tp в равновесии находятся жидкость, газ и первая кристаллическая модификация вещества, в точке Tf/ находятся в равновесии жидкость и обе кристаллические модификации.
Диаграмма состояния для каждого конкретного вещества строится на основе экспериментальных данных. Зная диаграмму состояния, можно предсказать, в каком состоянии будет находиться вещество при различных условиях (при различных значениях р и Т), а также какие превращения будет претерпевать вещество при различных процессах.
Поясним это следующими примерами.
Если взять вещество в состоянии, соответствующем точке 1 (CM. рис. 331), и подвергнуть его изобарическому нагреванию, то вещество будет проходить изображенную пунктирной прямой 1 — 2 последовательность состояний: кристаллы — жидкость — газ. Если то же вещество взять в состоянии, изображенном точкой 3, и также подвергнуть изобарическому нагреванию, то последовательность состояний (пунктирная прямая 3 — 4) будет иной: кристаллы превращаются непосредственно в газ, минуя жидкую фазу.
Из диаграммы состояния следует, что жидкая фаза может существовать в равновесном состоянии только при давлениях не меньших, чем давление тройной точки (то же самое относится и к твердой фазе /Znа рис. 333). При давлениях, меньших ртр, наблюдаются только переохлажденные жидкости.
У большинства обычных веществ тройная точка лежит значительно ниже атмосферного давления, вследствие чего переход этих веществ из твердого состояния в газообразное осуществляется через промежуточную жидкую фазу. Так, например, тройной точке воды соответствует давление 4,58 мм рт. ст, и температура 0,0075° С.
P
Рис. 333.
501
Для углекислоты давление тройной точки равно 5,11 ат (температура тройной точки — 56,6°С). Поэтому при атмосферном давлении углекислота может существовать только в твердом и газообразном состояниях. Твердая углекислота (сухой лед) превращается непосредственно в газ. Температура-сублимации углекислоты при атмосферном давлении равна — 78° С.
Если удельный объем кристаллов превосходит удельный объем жидкой фазы, то поведение вещества при некоторых процессах может оказаться весьма своеобразным. Возьмем, например, подобное вещество в состоя-, нии, изображенном точкой 1 (см. рис. 332), и подвергнем его изотермическому сжатию. При таком сжатии давление растет и процесс изобразится на диаграмме вертикальной прямой (см. пунктирную прямую 1 — 2). Как следует нз рис. 332, вещество проходит при повышении давления такую последовательность состояний: газ — кристаллы — жидкое состояние. Подобная после', довательность, очевидно, наблюдается только при температурах меньших, чем температура тройной точки.
