22.Фазові перетворення речовини

 Фазою називається фізично однорідна частина речовини, яка відділена від інших частин системи межею розділу. Розрізняють фазові переходи 1–го і 2–го роду. Перші супроводжуються теплотою переходу. Це та кількість теплоти, яку необхідно передати речовині, щоб ізотермічно–ізобарично перевести її з однієї фази в іншу. Цей процес характеризують питомою теплотою випаровування (конденсації) , Дж/кг і питомою теплотою плавлення (кристалізації) , Дж/кг. Теплоту випаровування твердого тіла називають теплотою сублімації. Фазові переходи 2–го роду відбуваються без теплообміну.

Відомо, що дві будь–які фази речовини можуть знаходитися в рівновазі лише при визначеному тиску, що залежить від температури. Для випаровування (конденсації) крива залежності р(Т) показана на малюнку, де К – критична точка, ліворуч від цієї кривої – рідка фаза, праворуч – газоподібна. Зображену криву називають кривою рівноваги рідини і її насиченої пари або кривою випаровування.

Отримане рівняння називається рівнянням Клапейрона–Клаузіуса. Із отриманого рівняння свідчить, що знак похідної, що характеризує нахил кривої р(Т), залежить від того, як змінюються питомі об’єми при поглинанні тепла – зростають або зменшуються. При випаровуванні рідини або твердого тіла питомий об’єм завжди зростає, тому похідна dp/dТ відповідних кривих може бути тільки позитивною. Варто помітити, що крива випаровування твердого тіла називається кривою сублімації. При плавленні питомий об’єм більшої кількості речовин зростає, тому dp/dТ > 0. Однак у деяких речовин, до числа яких належить вода, об’єм рідкої фази менше об’єму твердої фази, і dp/dТ < 0.

Діаграмою станів називають площину р, Т, розділену на три галузі: тверду фазу (т), рідку (р) і газоподібну (г). Границями цих дотичних фаз є криві сублімації, випаровування і плавлення, що характеризують двохфазні рівноважні стани. У точці Т_Р, яка називається потрійною, у рівновазі знаходяться три фази. Користь діаграми станів полягає в тім, що вона дозволяють пророкувати фазові перетворення в тих або інших процесах.

23.Плавлення, випаровування, сублімація і конденсація речовини

У рідинах і твердих тілах при будь-якій температурі є певна частина молекул, кінетична енергія теплового руху яких достатня для подолання потенціальної енергії взаємодії, і вони можуть відірватися від поверхні рідини або твердого тіла і перейти в навколишній простір. Це явище для рідини називають випаровуванням (або пароутворенням), для твердих тіл –сублімацією.

Випаровування відбувається при будь-якій температурі, але його інтенсивність з підвищенням температури зростає. При випаровуванні температура рідини знижується, оскільки її покидають молекули з найбільшою кінетичною енергією. Так, після купання, коли вода

випаровується з поверхні тіла, нам стає холодніше. Разом з процесом випаровування відбувається компенсуючий його процес конденсації пари в рідину. Якщо число молекул, що покидають рідину за одиницю часу через одиницю поверхні, дорівнює числу молекул, що переходять з пари в рідину, то наступає динамічна рівновага між процесами випаровування і конденсації.

Для більшості твердих тіл процес сублімації при звичайних температурах незначний і тиск пари над поверхнею твердого тіла малий; він збільшується з підвищенням температури. Інтенсивно сублімують такі речовини, як нафталін, камфора, що виявляється за різким, властивим їм запахом. Особливо інтенсивно сублімація відбувається у вакуумі, що використовується для виготовлення дзеркал. Відомий приклад сублімації – перетворення льоду в пару – мокра білизна висихає на морозі.

Якщо тверде тіло нагрівати, то його внутрішня енергія (складається з енергії коливань частинок у вузлах граток і енергії взаємодії цих частинок) зростає. При підвищенні температури амплітуда коливань частинок збільшується до тих пір, поки кристалічні гратки не почнуть руйнуватися, –тверде тіло плавиться. На рисунку зображена залежність T(Q), де Q –кількість теплоти, яку одержує тіло при плавленні. У міру надання твердому тілу теплоти його температура підвищується, а при температурі плавлення Tпл починається перехід тіла з твердого стану в рідкий. Температура Tпл залишається постійною до тих пір, поки весь кристал не розплавиться, і тільки тоді температура рідини знову почне підвищуватися.