3. Применение правила фаз к однокомпонентным системам.

Однокомпонентные системы: К = 1  С = 1 + 2 – Ф = 3 – Ф, переменные p и T (плоскость)

Рис. 4.1. Типичная фазовая диаграмма однокомпонентной системы (на примере фазовой диаграммы воды).

Таблица 4.1. Характеристика геометрических образов на фазовой диаграмме однокомпонентной системы.

Ф	С	Геометрический образ	Число образов на диаграмме	Физический смысл
1	2	Область (поле)	3	Твердое тело (лед), жидкость (вода), пар
2	1	Линия	3	Равновесия: Твердое тело – пар (ОА) Жидкость – пар (ОК) Твердое тело – жидкость (ОB)
3	0	Точка	1	Тройная точка (О)

Общие особенности:

• Линия OA, характеризующая равновесие твердое тело – пар, есть зависимость давления насыщенного пара над твердым телом от температуры или зависимость температуры возгонки вещества от внешнего давления.

• Линия OK, характеризующая равновесие жидкость – пар, есть зависимость давления насыщенного пара над жидкостью от температуры или зависимость температуры кипения вещества от внешнего давления.

• Линия OB, характеризующая равновесие твердое тело-жидкость, есть зависимость температуры плавления вещества от внешнего давления.

• Тройная точка O – это точка, в которой равновесно сосуществуют все три фазы (твердое тело, жидкость и пар). Координаты тройной точки (T, p) – фундаментальная характеристика данного вещества.

• Критическая точка K – точка, в которой исчезают различия в термодинамических свойствах жидкости и пара (так называемый флюид).

Особенности фазовых диаграмм отдельных веществ.

1) Углекислый газ – давление тройной точки выше 1 атм, т.е. при стандартных условиях твердый CO₂ не плавится, а возгоняется («сухой лед»). Критическая точка для углекислого газа, наоборот, лежит довольно низко.

2) Вода - линия, характеризующая равновесие твердое тело-жидкость, наклонена влево, так как плотность льда меньше плотности воды (лужи замерзают с поверхности).

3) Иод – очень узкая область существования жидкости в стандартных условиях (опыт «Возгонка иода» - жидкость при нагревании «проскакивается» незаметно).

4) Сера – в твердом состоянии возможно существование двух кристаллических модификаций – ромбической и моноклинной.

Задача 2. Определите координаты тройной точки некоторого вещества, если известно, что давление насыщенного пара над твердым веществом описывается уравнением lgp = –1347/T + 7.92, а над жидким веществом lgp = –1660/T + 9.37 (давление выражено в миллиметрах ртутного столба, температура – в кельвинах). Изобразите схематически эту фазовую диаграмму и подпишите фазовые поля.

Задача 3. Может ли чистое вещество иметь четыре различных фазовых состояния?

Если да, то могут ли все четыре фазы находиться в равновесии? При каких условиях?

4. Домашнее задание.

1. Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для следующих систем:

а) ненасыщенный раствор бихромата калия;

б) насыщенный раствор бихромата калия в равновесии с кристаллами бихромата калия и льда;

в) твердый хлорид аммония и продукты его разложения в закрытом сосуде

NH₄Cl (тв) = NH₃ (г)+ HCl (г);

г) твердый хлорид аммония и продукты его разложения в закрытом сосуде, в который предварительно (до разложения) ввели газообразный аммиак.

2. Зависимость давления насыщенного пара над жидким бромом от температуры имеет вид lg p = –1629/T + 4.9, а зависимость давления насыщенного пара над твердым бромом от температуры описывается выражением lg p = –2351/T + 7.6. В вышеприведенных выражениях давление выражено в атмосферах, а температура – в кельвинах. Определите координаты тройной точки брома.