Диаграмма состояния серы.

Твердая сера может быть получена в различных кристаллических формах. Если ограничиться температурами, близкими к точке плавления, то такими формами являются ромбическая и моноклинная. Если обычно встречающуюся в природе ромбическую серу нагревать выше 95,4 ⁰С, то она постепенно превращается в моноклинную. При охлаждении происходит обратный переход. Следовательно, при 95,4 ⁰С обе формы находятся в равновесии:

95,4 ⁰С

S_{ромбическая}↔S_{моноклинная} (полиморфное превращение)

Этот переход сопровождается изменением объема, так как относительная плотность ромбической серы равнв 2,07, а моноклинной 1,96. Поэтому в соответствии с принципом смещения равновесий (принцип Ле Шателье) при повышении давления температура перехода смещается в сторону более высоких температур. При повышении давления на 1 бар точка перехода смещается приблизительно на 0,05 ⁰.

Переход ромбической серы в моноклинную происходит очень медленно, поэтому при быстром нагревании можно получить ромбическую модификацию даже при температурах выше точки полиморфного превращения. При таких условиях она будет находиться в метастабильном состоянии.

Метастабильное состояние – относительно устойчивое состояние системы, из которого она может перейти в более устойчивое состояние под действием внешних факторов или самопроизвольно. Например, жидкость в состоянии перегрева или переохлаждения.

Рассмотрим диаграмму состояния серы:

Число возможных фаз для серы равно 4:

Области: (Ф=1)

DABЕ ромб

АBC монокл однофазные гомогенные области

DAСF пар

EВСF ж

Отдельные кривые этой диаграммы представляют соответствующие фазовые равновесия.

Линии:(Ф=2)

AB ромб ↔ монокл

BC монокл ↔ ж

АC монокл ↔ пар

АD ромб ↔ пар

ВE ромб ↔ ж

СF ж ↔ пар

Все эти шесть равновесных систем являются одновариантными, удовлетворяющими условию С=1-2+2=1.

Пунктирные продолжения кривых показывают давление паров соответствующих кристаллических форм в метастабильных состояниях.

На диаграмме имеются три тройные точки, соответствующие равновесию трех фаз:

т. А ромб ↔ монокл ↔ пар

т. В ромб ↔ монокл ↔ ж

т. С монокл ↔ ж ↔ пар

Четвертая точка должна отвечать равновесию ромб↔ п ↔ ж, но так как в этой области возможен переход ромбической серы в моноклинную, то такое равновесии, являясь метастабильным, практически трудно осуществимо.

Равновесие всех четырех фаз

ромб ↔ монокл ↔ ж↔ пар

не может быть осуществимо ни при каких условиях, и правило фаз для этого равновесия приводит к отрицательному числу степеней свободы: С=1-4+2= -1.