18.2. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса

Основным уравнением, характеризующим ФПI, является уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Условием равновесия между двумя фазами при р=Const и T=Const является

G₁ = G₂ или dG₁ = dG₂, (18.18)

т.к. dG₁ = V₁dp – S₁dT, (18.19)

dG₂ = V₂dp – S₂dT,

то V₁dp – S₁dT = V₂dp – S₂dT 

(V₂ - V₁)dp = (S₂ – S₁)dT 

. (18.20)

С учетом S = Q/T. (18.21)

Из (18.20) и (18.21)получим dT/dp = T(V₂-V₁)/Q (18.22)

или . (18.23)

Уравнение (18.23) называют уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

Из (18.23) имеем

,

или ,

окончательно . (18.24)

При V >0 и р, Т,

при V >0 и р0, ТТ₀,

т.е. с увеличением давления р температура фазового превращения возрастает.

18.3. Плавление и кристаллизация

Плавление относится к фазовому превращению I рода, поскольку при плавлении скачком изменяется объем тела и для него необходимо затратить определенное количество теплоты Q = Lm, где L – удельная теплота плавления, m – масса тела. Плавление – это превращение кристаллического тела в жидкое состояние при температуре плавления Т_L.

Простые вещества условно можно классифицировать по температурам плавления:

№	Вещество	Температура плавления
Отрицательные температуры: Т0С
1	Водород	13,86К (-256С)
2	Кислород	55К (-218С)
3	Азот	63К (-210С)
4	Ртуть	234К (-39С)
Легкоплавкие (0-500С)
1	Вода	0С
2	Галлий	30С
3	Калий	63С
4	Натрий	98С
5	Сера	113С
6	Индий	156С
7	Олово	232С
8	Висмут	271С
9	Таллий	303С
10	Кадмий	321С
11	Свинец	327С
12	Цинк	419С
13	Теллур	450С
Средние (600-1200С)
1	Сурьма	630С
2	Алюминий	660С
3	Магний	650С
4	Германий	937С
5	Серебро	960С
6	Золото	1064С
7	Медь	1083С
8	Марганец	1244С
Высокие (1400-2000С)
1	Кремний	1417С
2	Никель	1455С
3	Кобальт	1494С
4	Железо	1538С
5	Палладий	1554С
6	Титан	1668С
7	Платина	1772С
8	Цирконий	1852С
9	Хром	1877С
10	Ванадий	1917С
Тугоплавкие (2000-4000С)
1	Бор	2075С
2	Ниобий	2469С
3	Молибден	2622С
4	Тантал	2997С
5	Осмий	3047С
6	Вольфрам	3380С
7	Углерод (алмаз)	4000С

Кристаллизация – это, в основном, процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое при охлаждении. Кривая охлаждения 3-4-5-6 при кристаллизации рис. 18.2 симметрична кривой нагревания 0-1-2-3 при плавлении. Кристаллизация может происходить не только из жидкого состояния (расплава), но и из пара, аморфной среды, раствора и т.д. Кристаллизация относится к фазовым превращениям I рода, происходит при одной температуре - температуре кристаллизации с выделением теплоты кристаллизации, т.е. является экзотермическим процессом. При равновесной кристаллизации (участок 4-5) температура превращения соответствует температуре плавления Т_L, а теплота кристаллизации соответствует теплоте плавления. При неравновесной кристаллизации имеет место переохлаждение относительно температуры плавления. Такое состояние называется метастабильным. При очень больших скоростях охлаждения расплавов (10¹⁰ К/с) металлы можно перевести в стеклообразное состояние.