24. Фазовый переход, критическое состояние, условие равновесия фаз. Тройная точка.
Фазовый переход.
Фазовый переход — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. С точки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении её интенсивных параметров (температуры, давления и т. п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разные термодинамические фазы описываются различными уравнениями состояния, всегда можно найти величину, которая скачкообразно меняется при фазовом переходе.
Наиболее часто рассматриваются фазовые переходы при изменении температуры и при изменении давления.
Критическое состояние.
Критическое
состояние
-предельное состояние равновесия
двухфазных систем, в котором обе
сосуществующие фазы становятся
тождественными по своим свойствам;
Критическое состояние являющееся
предельным случаем равновесия двухфазных
систем, наблюдается в чистых веществах
при равновесии жидкость — газ, а в
растворах — при фазовых равновесиях
газ — газ, жидкость — жидкость, жидкость
— газ, твёрдое тело — твёрдое тело.
Критическая точка изолирована в случае
двухфазного равновесия чистого вещества,
критические точки образуют критическую
кривую в пространстве термодинамических
переменных. Значения параметров
состояния, соответствующие критическому
состоянию называются критическими —
критическое давление рк, критическая
температура Тк, критический
объём Vк,
и т. д.
Рис. 1. а — диаграмма состояния чистого вещества в координатах р, Т. Кривые сосуществования обозначены цифрами: 1 — равновесие жидкость — газ, 2 — твёрдое тело; 3 — твёрдое тело — жидкость; К — критическая точка, Т = Тк — критическая изотерма; б — диаграмма в координатах р, V. Цифрами обозначены области сосуществования двух фаз: 1 — жидкость — газ; 2 — твёрдое тело — газ; 3 — твёрдое тело — жидкость.
С приближением к К. с. различия в плотности, составе и др. свойствах сосуществующих фаз, а также теплота фазового перехода и межфазное поверхностное натяжение уменьшаются и в критической точке равны нулю.
В том случае, когда кривая сосуществования фаз заканчивается критической точкой, оказывается принципиально возможным перевести вещество из одной фазы в другую, минуя область расслоения на две фазы (например, газ превратить в жидкость, изменяя его состояние по линии AB на рис. 1, а, т. е. минуя область, где одновременно существуют газ и жидкость).
Условие равновесия двух фаз.
Полное равновесное состояние достигается тогда, когда остаются постоянными также и массы соприкасающихся фаз.
Введем удельные термодинамические потенциалы каждой из фаз:
Отсюда
Таким образом, получаем условие равновесия 2-х фаз - равенство удельных термодинамических потенциалов этих фаз:
Тройная точка.
Равенство термодинамических потенциалов определяют кривые: плавления, испарения, возгонки. Они пересекаются в одной точке — ее называют тройной точкой.
Эти кривые разбивают пространство на 3 области: газ, жидкость и тв. тело.
