2. Однокомпонентные системы

Состояние однокомпонентной системы определяется двумя независимыми параметрами (например P и T), а объем системы V = f(P,T). Если по трем координатным осям отложить соответственно давление, температуру, объем системы, то получится пространственная диаграмма, характеризующая зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий. Такая диаграмма называется диаграммой состояния или фазовой диаграммой.

Для однокомпонентной системы двумерная диаграмма состояния показывает условия существования при различных значениях параметров (Т – температура и Р – давление) нескольких фаз, наиболее простой вариант – три фазы: газовая, жидкая и твердая.

1. Диаграмма состояния воды

Пример такой диаграммы для воды представлен на рис. 8.2.

Та же вода в более широком диапазоне давлений и температур имеет несколько – фаз – 9 в твердом агрегатном состоянии (рис. 8.3).

2. Диаграмма состояния серы.

Рассмотрим фазовую диаграмму состояния серы.

Линии ЕА, АС и CN – температурная зависимость давления насыщенного пара над твердой Sромб., Sмон. и Sж. соответственно. Линия АВ – температурная зависимость от внешнего давления фазового перехода Sромб. Sмон. Линии СВ и ОВ – зависимость от внешнего давления температуры плавления Sмон. и Sромб. соответственно. Область устойчивости Sромб. ограничена линиями ЕА, АВ, ВD. Область устойчивости Sмон. ограничена линиями ВС, СА, АВ. Область существования жидкой фазы расположена справа от линий ВС и BD и выше линии CN. Область устойчивости парообразной серы лежит ниже линий ЕА, АС и CN.

В отличие от диаграммы состояния воды с одной тройной точкой на фазовой диаграмме серы таких точек три: А, В и С. В каждой из них могут существовать три фазы одновременно. В точке А – твердая ромбическая, твердая моноклинная и парообразная сера; в точке В – твердая ромбическая, твердая моноклинная и жидкая сера; в точке С – твердая моноклинная и парообразная сера и жидкая сера.

3. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Термический анализ

Двухкомпонентными называются физико-химические системы, в состав которых входят два компонента. Компонентами могут быть как простые вещества, так и химические соединения. Соотношение между компонентами способно существенно изменять свойства системы. Чтобы определить состояние системы однозначно необходимо знать параметры: Р,Т и концентрации компонентов С1 и С2. Уравнение состояния двухкомпонентной системы имеет вид: f(P,T,C1,C2)=0

Для построения диаграмм состояния используется метод термического анализа.

1. Термический анализ

Метод термического анализа построен на анализе кривых охлаждения смесей различного состава. Кривая охлаждения это температурно-временная зависимость охлаждения смеси, показывающая точки фазовых переходов. На рис. 8.5. приведена форма линий охлаждения (левая часть рис.) на которых, плато соответствует кристаллизации чистого компонента (кр. А и В), точка перегиба – начало кристаллизации одного из компонентов раствора.

2. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем при полной растворимости веществ в твердой фазе

Пример такой диаграммы приведен на рис. 8.5. – правая часть. Показано, как данная диаграмма строится из данных кривых охлаждения.