Агрегатные состояния и фазовые переходы

Все вещества (за малым исключением) могут находится в трех агрегатных состояниях - газообразном жидком и твердом Переход из одного состояния в другое зависит от конкретных значений давления и температуры

В газах и жидкостях частицы располагаются преимущественно беспорядочно но в твердом состоянии одно и то же вещество при определенных условиях может образовывать различную кристаллическую структуру (решетку) Таких решеток у вещества может быть несколько в результате чего возможно несколько различных модификаций кристалла с разными свойствами

пример Углерод образует две различные кристаллические модификации - графит и алмаз имеющих в результате различные свойства

Исходя из этого кроме понятия агрегатного состояния вводится более широкое понятие фазы Фаза - это равновесное состояние вещества отличающееся по своим физическим свойствам от других свойствам от других состояний того же вещества У вещества таким образом возможны газообразная и жидкая фазы а так же несколько кристаллических фаз

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом В процессе фазового перехода меняются механические тепловые электрические и магнитные свойства вещества

Из газообразного состояния в жидкое вещество можно перевести лишь при температуре ниже некоторой определенной для каждого вещества так называемой критической Тк При температуре выше критической газ не превращается в жидкость ни при каких давлениях Объясняется это тем что средняя кинетическая энергия движения частиц в газе становится равной энергии их связи в жидком состоянии (молекулы не могут удерживаться друг около друга)

Таким образом при критической температуре нельзя отличить жидкость от газа что следует из графика зависимости плотности некоторого вещества от температуры

Для сжижения газа следовательно необходимо его охладить до температуры ниже критической

У некотых веществ критическая температура близка к абсолютному нулю ( у гелия например критическая температура равна 53 К) и поэтому их сжижение представляет собой достаточно сложную техническую задачу

Диаграмма состояния веществ

АК - равновесное состояние между жидкостью и газом (паром)

В зависимости от внешних условий (соответствующих изменений давления и температуры) происходит или процесс парообразования или процесс конденсации

АВ - равновесное состояние между жидкостью и твердым телом

В зависимости от внешних условий происходит процесс кристаллизации или процесс плавления

АС - равновесное состояние между газом и твердым телом

В зависимости от внешних условий происходит или процесс испарения твердого тела (сублимация) или процесс кристаллизации твердого тела из газа

Кривые плавления и парообразования пересекаются в точке А которую называют тройной точкой При значениях температуры и давления соответствующих данной точке пар жидкость и твердое тело находятся в равновесном состоянии те если к данной системе не подводится из вне энергия то количество вещества находящегося в каждом из трех состояний не изменяется

Из диагграммы видно что переход вещества из твердого состояния в газообразное может совершиться минуя жидкую фазу При данной температуре это зависит от величины давления

примерПри атмосферном давлении твердая углекислота при нагревании не плавится а сублимирует