Ііі розділ Види фазових переходів

Розрізняють фазові переходи 1-го і 2-го роду.

Перехід рідини в газ — випаровування — це фазовий перехід 1-го роду. Густина рідини більша, ніж густина газу, тобто відстань між молекулами газу більша, ніж відстань між молекулами рідини. Згадає­мо, що між молекулами існують сили притягання. Отже, потрібна енергія для виконання роботи проти цих сил для того, щоб розсунути молекули. Ця енергія називається ТЕПЛОТОЮ ВИПАРОВУВАННЯ, або ТЕПЛОТОЮ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДУ.

Уразі фазового переходу 1-го роду густина фаз різна і потрібна теплота фазового переходу.

У процесі зворотного переходу відстань між молекулами зменшується, і для цього потрібно відвести від речовини теплоту фазового переходу. Тому ТЕПЛОТА ВИПАРОВУВАННЯ точно дорівнює ТЕП­ЛОТІ КОНДЕНСАЦІІ:

L =L .

в к

Таким чином, теплота фазового переходу зумовлена різницею об'ємів фаз, що співіснують. Так, теп­лота сублімації більша, ніж теплота випаровування, і ще більша, ніж теплота плавлення:

L >L>L .

c в п

Більше того, щоб випарувати кристал, потрібно витратити стільки ж енергії, скільки потрібно, щоб кристал спочатку розплавити, а потім випарувати рідину. Тобто

L =L+L .

c в п

З наближенням до критичної точки різниця між об'ємом рідини і об'ємом газу зменшується. Одноча­сно зменшується і теплота випаровування. У критичній точці

V_n = V_p і L_B = 0.

Перехід від однієї кристалічної фази до іншої з іншим типом кристалічної решітки — це фазовий пе­рехід 2-го роду.

Фазовий перехід другого роду відбувається без зміни густини, і тому не потрібна теплота фазового переходу. Тобто

∆V =0 і L = 0.

Однак фази, що співіснують, різні, і в точці фазового переходу можуть змінюватися властивості ре­човини. Можуть змінюватися магнітні або сегнетоелектричні властивості, метал може перейти в напів-провідний стан, може стрибком змінюватися теплоємність, коефіцієнт лінійного розширення тощо.

Перехід гелію в надплинний стан — це теж фазовий перехід 2-го роду.

Іv розділ Співіснування фаз

Якщо помістити рідину в закриту посудину, то над рідиною з'явиться її насичена пара. За сталої тем­ператури T тиск пари Р теж залишається сталим. Отже, залишається сталою концентрація молекул у парі и, оскільки

Р = пкТ.

За іншої, вищої, але також сталої температури встановиться інший, вищий сталий тиск. При цьому зростання тиску буде більшим, ніж зростання температури. Це означає, що додатково зросла й концент­рація молекул у парі.

Причина цього в тому, що зі збільшенням температури збільшується середня кінетична енергія моле­кул і збільшується кількість молекул, які набувають енергії, достатньої для виконання роботи проти сил притягання сусідніх молекул. Ці молекули тепер мають можливість вилетіти з рідини.

Н а рис 1 зображено функцію розподілу молекул за енергією для двох температур T₁ і T₂, причому Т₂ > T₁. Бачимо, що частка моле­кул, які мають однакову енергію E_k, потрібну для вильоту в пару, біль­ша для більшої температури.

Отже, причина збільшення концентрації молекул у парі в наявності стаціонарного розподілу молекул за енергією.

Звичайно, молекула з пари може повернутися в рідину, тому рівно­вага має динамічний характер. Кількість молекул, які залишають рідину за одиницю часу, дорівнює кількості молекул, які повертаються в ріди­ну за той самий час. І не можна сказати, яка конкретна молекула пере­буває в даний час у рідині, а яка в парі. Рис. 1

Рис. 1 Умови рівноваги фаз

Як уже зазначалося, зі зміною температури змінюється і тиск насиченої пари, але нічого не було ска­зано про те, як змінюється тиск насиченої пари зі зміною об'єму.

Виявилось — ніяк не залежить!

Можна збільшувати об'єм посудини або зменшувати його, а тиск залишається сталим, якщо темпера­тура стала. Це означає, що залишається сталою концентрація молекул у парі, а не їх загальна кількість.