Ovaj dijagram je prikazan na sl. 6.5. Područja faznog dijagrama ograničena krivuljama odgovaraju onim uvjetima (temperaturama i tlakovima) u kojima je stabilna samo jedna faza tvari. Na primjer, pri svim vrijednostima temperature i tlaka koje odgovaraju točkama dijagrama ograničenim krivuljama VT i TC, voda postoji u tekućem stanju. Pri bilo kojoj temperaturi i tlaku koji odgovaraju točkama na dijagramu koje se nalaze ispod krivulja AT i TC, voda postoji u parovitom stanju.

Krivulje faznog dijagrama odgovaraju uvjetima pod kojima su bilo koje dvije faze u međusobnoj ravnoteži. Na primjer, pri temperaturama i tlakovima koji odgovaraju točkama TC krivulje, voda i njezina para su u ravnoteži. Ovo je krivulja tlaka vodene pare (vidi sl. 3.13). U točki X na ovoj krivulji, tekuća voda i para su u ravnoteži pri temperaturi od 373 K (100 °C) i tlaku od 1 atm (101,325 kPa); točka X predstavlja vrelište vode pri tlaku od 1 atm.

AT krivulja je krivulja tlaka pare leda; takva se krivulja obično naziva sublimacijska krivulja.

BT krivulja je krivulja topljenja. Pokazuje kako tlak utječe na talište leda: ako se tlak povećava, talište se malo smanjuje. Takva ovisnost temperature taljenja o tlaku je rijetka. Tipično, povećanje tlaka pogoduje stvaranju krutine, kao što ćemo vidjeti u primjeru faznog dijagrama ugljičnog dioksida koji se razmatra u nastavku. U slučaju vode, porast tlaka dovodi do razaranja vodikovih veza, koje u kristalu leda povezuju molekule vode zajedno, uzrokujući njihovo stvaranje glomazne strukture. Kao rezultat

Riža. 6.5. Fazni dijagram vode.

Kada se vodikove veze unište, nastaje gušća tekuća faza (vidi odjeljak 2.2).

U točki Y na VT krivulji, led je u ravnoteži s vodom pri temperaturi od 273 K (0 °C) i tlaku od 1 atm. Predstavlja točku ledišta vode pri tlaku od 1 atm.

ST krivulja pokazuje tlak pare vode na temperaturama ispod točke smrzavanja. Budući da voda obično ne postoji kao tekućina na temperaturama ispod točke smrzavanja, svaka točka na ovoj krivulji odgovara vodi u metastabilnom stanju. To znači da pri odgovarajućoj temperaturi i tlaku voda nije u svom najstabilnijem (stabilnom) stanju. Pojava koja odgovara postojanju vode u metastabilnom stanju, opisana točkama ove krivulje, naziva se superhlađenje.

Postoje dvije točke na faznom dijagramu koje su od posebnog interesa. Prije svega napominjemo da krivulja tlaka pare vode završava u točki C. To se naziva kritična točka vode. Na temperaturama i tlakovima iznad ove točke, vodena para se ne može pretvoriti u tekuću vodu nikakvim povećanjem tlaka (vidi također odjeljak 3.1). Drugim riječima, iznad ove točke više se ne razlikuju parni i tekući oblik vode. Kritična temperatura vode je 647 K, a kritični tlak 220 atm.

Točka T faznog dijagrama naziva se trojna točka. U ovom trenutku su led, tekuća voda i vodena para u međusobnoj ravnoteži. Ova točka odgovara temperaturi od 273,16 K i tlaku od atm. Samo pri određenim vrijednostima temperature i tlaka sve tri faze vode mogu postojati zajedno, u međusobnoj ravnoteži.

Mraz može nastati na dva načina: od rose ili izravno od vlažnog zraka.

Stvaranje inja od rose. Rosa je voda koja nastaje kada se vlažan zrak ohladi kada njegova temperatura padne, prelazeći (pri atmosferskom tlaku) krivulju TC na slici. 6.5. Mraz nastaje kao rezultat smrzavanja rose kada temperatura padne dovoljno da prijeđe BT krivulju.

Stvaranje leda izravno iz vlažnog zraka. Inje nastaje iz rose samo ako je tlak vodene pare veći od tlaka trojne točke T, tj. više atm. Ako je tlak vodene pare manji od ove vrijednosti, mraz nastaje izravno iz vlažnog zraka, bez prethodnog stvaranja rose. U ovom slučaju, pojavljuje se kada padajuća temperatura prijeđe krivulju na Sl. 6.5. U tim uvjetima nastaje suhi mraz.

Na k n= 1 jednadžba faznog pravila će imati oblik:

C = 3 - F,

Ako postoji 1 faza u ravnoteži, tada C = 2, kažu da sustav dvovarijantan;

2 faze C = 1, sustav monovarijantni;

3 faze C = 0, sustav nepromjenjiv.

Dijagram koji izražava ovisnost stanja sustava o vanjskim uvjetima ili o sastavu sustava naziva se fazni dijagram. Odnos između pritiska ( R), temperatura ( T) i volumen ( V) faze se mogu prikazati trodimenzionalnim faznim dijagramom. Svaka točka (tzv figurativna točka) na takvom dijagramu prikazuje neko stanje ravnoteže. Obično je prikladnije raditi s dijelovima ovog dijagrama pomoću ravnine p - T(na V = konst) ili avion p -V(na T = konst). Razmotrimo detaljnije slučaj presjeka ravninom p - T(na V=konst).

Razmotrimo, kao primjer, fazni dijagram jednokomponentnog sustava – voda (slika 8).

Fazni dijagram vode

Fazni dijagram vode u koordinatama p - T prikazan je na sl. 8. Sastoji se od 3 fazna polja- područja raznih ( r, T)-vrijednosti pri kojima voda postoji u obliku određene faze - leda, tekuće vode ili pare (na slici 8 označeno slovima L, F i P, redom). Za ova jednofazna područja, broj stupnjeva slobode je dva, ravnoteža je bivarijantna ( C = 3 - 1 = 2). To znači da je za opisivanje sustava potrebno dvije nezavisne varijable - temperatura i tlak. Te se varijable mogu mijenjati u tim područjima neovisno, a neće doći do promjene u vrsti ili broju faza.

Fazna polja su odvojena sa 3 granične krivulje.

AB krivulja – krivulja isparavanja, izražava ovisnost tlak pare tekuće vode od temperature(ili, obrnuto, predstavlja ovisnost vrelišta vode o tlaku). Drugim riječima, ova linija odgovara dvofazni ravnoteža tekuće vode i pare, a broj stupnjeva slobode izračunat faznim pravilom je C = 3 - 2 = 1. Takva ravnoteža monovarijantni. To znači da je za potpuni opis sustava dovoljno odrediti samo jedna varijabla- temperatura ili pritisak. Druga varijabla je zavisna, određena je oblikom AB krivulje . Dakle, za određenu temperaturu postoji samo jedan ravnotežni tlak ili za određeni tlak pare postoji samo jedna ravnotežna temperatura.

Pri tlakovima i temperaturama koji odgovaraju točkama ispod crte AB, tekućina će potpuno ispariti, a ovo područje je područje pare.

Pri tlakovima i temperaturama koje odgovaraju točkama iznad linije AB, para se potpuno kondenzira u tekućinu ( C = 2). Gornja granica krivulje isparavanja AB nalazi se u točki B koja je tzv kritična točka(za vodu 374 o C i 218 atm). Iznad te temperature, tekuća i parna faza postaju nerazlučive (nestaje bistra granica tekućina/parna faza), stoga je F=1.

AC linija- ovokrivulja sublimacije leda(ponekad se naziva linija sublimacije), odražavajući ovisnost tlak vodene pare iznad leda na temperaturu. Ova linija odgovara monovarijantni ravnoteža led-para ( S=1). Iznad linije AC je područje leda, ispod je područje pare.

Crta AD - krivulja taljenja, izražava ovisnost temperatura topljenja leda prema tlaku i odgovara monovarijantni ravnoteža led-tekuća voda. Za većinu tvari AD linija odstupa od okomice udesno, ali ponašanje vode je anomalno: tekuća voda zauzima manji volumen od leda. Na temelju Le Chatelierovog principa može se predvidjeti da će povećanje tlaka uzrokovati pomak ravnoteže prema stvaranju tekućine, tj. točka smrzavanja će se smanjiti.

sl.8. Fazni dijagram vode

Studije koje je proveo Bridgman kako bi odredio krivulju topljenja leda pri visokim tlakovima pokazale su da postoji sedam različitih kristalnih modifikacija leda, od kojih je svaki, s izuzetkom prvog, gušći od vode. Dakle, gornja granica linije AD je točka D, gdje su led I (obični led), led III i tekuća voda u ravnoteži. Ova točka se nalazi na -22 0 C i 2450 atm.

Trostruka točka vode(točka koja odražava ravnotežu triju faza - tekućine, leda i pare) u odsutnosti zraka je na 0,0100 o C i 4,58 mm Hg. Broj stupnjeva slobode S=3-3=0 i takva se ravnoteža naziva nepromjenjiv. Kada se bilo koji parametar promijeni, sustav prestaje biti trofazni.

U prisutnosti zraka tri su faze u ravnoteži pri 760 mmHg. i na 0 o C. Sniženje temperature trojne točke u zraku uzrokovano je sljedećim razlozima:

1. topljivost plinovitih komponenti zraka u tekućoj vodi pri 1 atm, što dovodi do smanjenja trojne točke za 0,0024 o C;

2. povećanje tlaka od 4,58 mm Hg. do 1 atm, što smanjuje trostruku točku za još 0,0075 o C.

Ovaj dijagram je prikazan na sl. 6.5. Područja faznog dijagrama ograničena krivuljama odgovaraju onim uvjetima (temperaturama i tlakovima) u kojima je stabilna samo jedna faza tvari. Na primjer, pri svim vrijednostima temperature i tlaka koje odgovaraju točkama dijagrama ograničenim krivuljama VT i TC, voda postoji u tekućem stanju. Pri bilo kojoj temperaturi i tlaku koji odgovaraju točkama na dijagramu koje se nalaze ispod krivulja AT i TC, voda postoji u parovitom stanju.

Krivulje faznog dijagrama odgovaraju uvjetima pod kojima su bilo koje dvije faze u međusobnoj ravnoteži. Na primjer, pri temperaturama i tlakovima koji odgovaraju točkama TC krivulje, voda i njezina para su u ravnoteži. Ovo je krivulja tlaka vodene pare (vidi sl. 3.13). U točki A" na ovoj krivulji, tekuća voda i para su u ravnoteži pri temperaturi od 373 K (100 0C) i tlaku od 1 atm (101,325 kPa); točka X predstavlja vrelište vode pri tlaku od 1 atm .

AT krivulja je krivulja tlaka pare leda; takva se krivulja obično naziva sublimacijska krivulja.

BT krivulja je krivulja topljenja. Pokazuje kako tlak utječe na talište leda: ako se tlak povećava, talište se malo smanjuje. Takva ovisnost temperature taljenja o tlaku je rijetka. Tipično, povećanje tlaka pogoduje stvaranju krutine, kao što ćemo vidjeti u primjeru faznog dijagrama ugljičnog dioksida koji se razmatra u nastavku. U slučaju vode, porast tlaka dovodi do razaranja vodikovih veza, koje u kristalu leda povezuju molekule vode zajedno, uzrokujući njihovo stvaranje glomazne strukture. Kao rezultat razaranja vodikovih veza nastaje gušća tekuća faza (vidi odjeljak 2.2).

U točki Y na krivulji VT, led je u ravnoteži s vodom pri temperaturi od 273 K (O 0C) i tlaku od 1 atm. Predstavlja točku ledišta vode pri tlaku od 1 atm.

ST krivulja pokazuje tlak pare vode na temperaturama ispod točke smrzavanja. Budući da voda obično ne postoji kao tekućina na temperaturama ispod točke smrzavanja, svaka točka na ovoj krivulji odgovara vodi u metastabilnom stanju. To znači da pri odgovarajućoj temperaturi i tlaku voda nije u svom najstabilnijem (stabilnom) stanju. Pojava koja odgovara postojanju vode u metastabilnom stanju, opisana točkama ove krivulje, naziva se superhlađenje.

Postoje dvije točke na faznom dijagramu koje su od posebnog interesa. Prije svega napominjemo da krivulja tlaka pare vode završava u točki C. To se naziva kritična točka vode. Na temperaturama i tlakovima iznad ove točke, vodena para se ne može pretvoriti u tekuću vodu nikakvim povećanjem tlaka (vidi također odjeljak 3.1). Drugim riječima, iznad ove točke više se ne razlikuju parni i tekući oblik vode. Kritična temperatura vode je 647 K, a kritični tlak 220 atm.

Točka G faznog dijagrama naziva se trojna točka. U ovom trenutku su led, tekuća voda i vodena para u međusobnoj ravnoteži. Ova točka odgovara temperaturi od 273,16 K i tlaku od 6,03 1000 atm. Samo pri određenim vrijednostima temperature i tlaka sve tri faze vode mogu postojati zajedno, u međusobnoj ravnoteži.

Iii mogu nastati na dva načina: iz rose ili izravno iz vlažnog zraka.

Stvaranje inja od rose. Rosa je voda koja nastaje kada se vlažan zrak hladi kada se njegova temperatura smanjuje, prelazeći (pri atmosferskom tlaku) krivulju TC na sl. 6.5. Mraz nastaje kao rezultat smrzavanja rose kada temperatura padne dovoljno da prijeđe BT krivulju.

Stvaranje leda izravno iz vlažnog zraka. Inje nastaje iz rose samo ako je tlak vodene pare veći od tlaka trojne točke G, tj. više od 6,03-10~3 atm. Ako je tlak vodene pare manji od ove vrijednosti, mraz nastaje izravno iz vlažnog zraka, bez prethodnog stvaranja rose. U ovom slučaju, pojavljuje se kada padajuća temperatura prijeđe AT krivulju na sl. 6.5. U tim uvjetima nastaje suhi mraz.

FAZNI DIJAGRAM UGLJIK-DIOKSIDA

Ovaj fazni dijagram prikazan je na sl. 6.6.

Sličan je faznom dijagramu vode, ali se od njega razlikuje na dva važna načina.

Prvo, trojna točka ugljičnog dioksida je pri tlaku mnogo većem od 1 atm, točnije 5,11 atm. Stoga, pri bilo kojem tlaku ispod ove vrijednosti, ugljikov dioksid ne može postojati u tekućem obliku. Ako se kruti ugljični dioksid (suhi led) zagrijava na tlaku od 1 atm, sublimira na temperaturi od 159 K (- 78 ° C). To znači da kruti ugljični dioksid pod navedenim uvjetima prelazi izravno u plinovitu fazu, zaobilazeći tekuće stanje.

Drugo, razlika u odnosu na fazni dijagram vode je u tome što je VT krivulja nagnuta udesno, a ne ulijevo. Molekule ugljičnog dioksida u čvrstoj fazi su pakirane gušće nego u tekućoj fazi. Stoga, za razliku od vode, čvrsti ugljikov dioksid ima veću gustoću od tekućeg ugljikovog dioksida. Ova značajka tipična je za većinu poznatih tvari. Dakle, povećanje vanjskog tlaka pogoduje stvaranju čvrstog ugljičnog dioksida. Kao rezultat toga, povećanje tlaka uzrokuje povećanje tališta.

fazni dijagram sumpora

U sekti. 3.2 navodi da ako spoj može postojati u više od jednog kristalnog oblika, tada se kaže da pokazuje polimorfizam. Ako bilo koji slobodni element (jednostavna tvar) može postojati u nekoliko kristalnih oblika, tada se ova vrsta polimorfizma naziva alotropija. Na primjer, sumpor može postojati u dva alotropska oblika: α-oblik, koji ima ortorombsku kristalnu strukturu, i β-oblik, koji ima monoklinsku kristalnu strukturu.

Na sl. Slika 6.7 prikazuje temperaturnu ovisnost slobodne energije (vidi Poglavlje 5) dva alotropska oblika sumpora, kao i njegov tekući oblik. Slobodna energija svake tvari opada s porastom temperature. U slučaju sumpora, α-alotrop ima najmanju slobodnu energiju na temperaturama ispod 368,5 K i stoga je na takvim temperaturama najstabilniji. Na temperaturama od 368,5 P (95,5 0C) do 393 K (120 0C), p-alotrop je najstabilniji. Na temperaturama iznad< 393 К наиболее устойчива жидкая форма серы.

Kada element (jednostavna tvar) može postojati u dva ili više alotropskih oblika, od kojih je svaki stabilan u određenom rasponu uvjeta, smatra se enantiotropnim. Temperatura pri kojoj su dva enantiotropa u međusobnoj ravnoteži naziva se prijelaz temperatura. Temperatura enantiotropnog prijelaza sumpora pri tlaku od 1 atm iznosi 368,5 K.

Učinak tlaka na temperaturu prijelaza prikazan je krivuljom AB u faznom dijagramu sumpora prikazanom na sl. 6.8. Povećanje tlaka dovodi do povećanja prijelazne temperature.

Sumpor ima tri trostruke točke - A, B i C. U točki A, na primjer, nalaze se dvije čvrste i parovite faze u ravnoteži. Ove dvije čvrste faze su bienantiotropi sumpora. Isprekidane krivulje odgovaraju metastabilnim uvjetima; Na primjer, AD krivulja je krivulja tlaka pare a-sumpora na temperaturama iznad njegove prijelazne temperature.

Enantiotropija ostalih elemenata

Sumpor nije jedini element koji pokazuje enantiotropiju. Kositar, na primjer, ima dva enantiotropa - sivi kositar i bijeli kositar. Prijelazna temperatura između njih pri tlaku od 1 atm je 286,2 K (13,2 °C).

fosforni fazni dijagram

U slučajevima kada bilo koji slobodni element (jednostavna tvar) postoji u nekoliko kristalnih oblika, od kojih je samo jedan stabilan, smatra se da pokazuje monotropiju.

Primjer jednostavne tvari koja pokazuje monotropiju je fosfor. U sekti. 3.2 naznačeno je da fosfor ima tri oblika. Crveni fosfor je stabilan monotrop. Pri atmosferskom tlaku ovaj je oblik stabilan do temperature od 690 K (sl. 6.9). Bijeli fosfor i crni fosfor su metastabilni (nestabilni) monotropi. Crni fosfor može postojati samo pri visokim tlakovima, koji nisu prikazani na sl. 6.9. Trojna točka fosfora nalazi se na temperaturi od 862,5 K (589,5 °C) i tlaku od 43,1 atm. U ovom su trenutku crveni fosfor, tekući fosfor i fosforne pare u međusobnoj ravnoteži.

5. Fazne transformacije i dijagram stanja vode

Fazni dijagram (ili fazni dijagram) je grafički prikaz odnosa između veličina koje karakteriziraju stanje sustava i faznih transformacija u sustavu (prijelaz iz krutog u tekuće, iz tekućeg u plinovito itd.). Fazni dijagrami naširoko se koriste u kemiji. Za jednokomponentne sustave obično se koriste fazni dijagrami koji pokazuju ovisnost faznih transformacija o temperaturi i tlaku; nazivaju se fazni dijagrami u P---T koordinatama

Na slici 5 shematski je prikazan dijagram stanja vode. Bilo koja točka na dijagramu odgovara određenim vrijednostima temperature i tlaka.

U tekućem stanju - voda

Tvrdo - led

Plinovito – para

Dijagram prikazuje ona stanja vode koja su termodinamički stabilna pri određenim vrijednostima temperature i tlaka. Sastoji se od tri krivulje koje razdvajaju sve moguće temperature i tlakove u tri područja koja odgovaraju ledu, tekućini i pari.

led = para (OA krivulja)

led = tekućina (RH krivulja)

tekućina = para (OC krivulja)

O - ledište vode

Za vodu je kritična temperatura 374 stupnja Celzijusa. Pri normalnom tlaku, tekuća i parna faza vode su u ravnoteži jedna s drugom na 100 stupnjeva Celzijusa, jer u tom se slučaju tlak pare iznad tekućine uspoređuje s vanjskim tlakom i voda vrije. Sjecište triju krivulja događa se u točki O - trojnoj točki, u kojoj su sve tri faze u međusobnoj ravnoteži.

Pogledajmo detaljnije svaku od krivulja. Počnimo s OA krivuljom koja odvaja područje pare od područja tekućine. Zamislimo cilindar iz kojeg je uklonjen zrak, nakon čega se u njega uvodi određena količina čiste vode, bez otopljenih tvari, uključujući plinove; cilindar je opremljen klipom koji je fiksiran u određenom položaju. Nakon nekog vremena dio vode će ispariti, a iznad njegove površine će se pojaviti zasićena para. Možete izmjeriti njegov tlak i uvjeriti se da se ne mijenja tijekom vremena i ne ovisi o položaju klipa. Povećamo li temperaturu cijelog sustava i ponovno izmjerimo tlak zasićene pare, pokazat će se da je porastao. Ponavljanjem takvih mjerenja na različitim temperaturama pronaći ćemo ovisnost tlaka zasićene vodene pare o temperaturi. OA krivulja je grafikon ovog odnosa: točke krivulje pokazuju one parove vrijednosti temperature i tlaka pri kojima su tekuća voda i vodena para u međusobnoj ravnoteži - koegzistiraju. Krivulja OA naziva se krivulja ravnoteže tekućina-para ili krivulja vrenja. Tablica 5 prikazuje vrijednosti tlaka zasićene vodene pare na nekoliko temperatura.

Tablica 5 Temperatura	Tlak zasićene pare	Temperatura	Tlak zasićene pare
		mmHg Umjetnost.			mmHg Umjetnost.

Molekularna fizika vode u njezina tri agregatna stanja

Slika 5.2 Dijagram agregatnih stanja vode u području trojne točke A. I - led. II - voda. III -- vodena para.

Voda se u prirodnim uvjetima nalazi u tri stanja: kruto - u obliku leda i snijega, tekuće - u obliku same vode, plinovito - u obliku vodene pare. Ova stanja vode nazivaju se agregatna stanja, odnosno čvrsta, tekuća i parovita faza. Prijelaz vode iz jedne faze u drugu uzrokovan je promjenama njezine temperature i tlaka. Na sl. prikazuje dijagram agregacijskih stanja vode ovisno o temperaturi t i tlaku P. Iz slike 5.2 jasno je da se u regiji I voda nalazi samo u čvrstom obliku, u regiji II - samo u tekućem obliku, u regiji III - samo u obliku vodene pare. Duž AC krivulje nalazi se u stanju ravnoteže između krute i tekuće faze (otapanje leda i kristalizacija vode); po krivulji AB - u stanju ravnoteže između tekuće i plinovite faze (isparavanje vode i kondenzacija pare); duž AD krivulje – u ravnoteži između čvrste i plinovite faze (sublimacija vodene pare i sublimacija leda).

Ravnotežu faza prema sl. 5.2 duž krivulja AB, AC i AD treba shvatiti kao dinamičku ravnotežu, tj. duž ovih krivulja broj novonastalih molekula jedne faze strogo je jednak broju novonastalih molekula druge faze. .

Ako, na primjer, postupno hladimo vodu pri bilo kojem tlaku, tada ćemo se u granici naći na krivulji AC, gdje ćemo promatrati vodu pri odgovarajućoj temperaturi i tlaku. Ako postupno zagrijavamo led pri različitim tlakovima, naći ćemo se na istoj krivulji AC ravnoteže, ali na strani leda. Slično, imat ćemo vodu i vodenu paru, ovisno s koje strane prilazimo krivulji AB.

Sve tri krivulje agregatnog stanja - AC (krivulja ovisnosti temperature taljenja leda o tlaku), AB (krivulja ovisnosti temperature vrenja vode o tlaku), AD (krivulja ovisnosti tlaka pare). čvrste faze na temperaturu) - sijeku se u jednoj točki A, koja se naziva trojna točka. Prema suvremenim istraživanjima, vrijednosti tlaka zasićene pare i temperature u ovoj su točki jednake: P = 610,6 Pa (ili 6,1 hPa = 4,58 mm Hg), t = 0,01 °C (ili T = 273,16 K). Osim trojne točke, krivulja AB prolazi kroz još dvije karakteristične točke - točku koja odgovara vrenju vode pri normalnom tlaku zraka s koordinatama P = 1,013 10 5 Pa i t = 100°C, te točku s koordinatama P = 2,211 10 7 Pa i t cr = 374,2°C, što odgovara kritičnoj temperaturi - temperaturi samo ispod koje se vodena para kompresijom može prevesti u tekuće stanje.

Krivulje AC, AB, AD koje se odnose na procese prijelaza tvari iz jedne faze u drugu opisane su Clapeyron-Clausiusovom jednadžbom:

gdje je T apsolutna temperatura koja odgovara svakoj krivulji, odnosno temperaturi isparavanja, taljenja, sublimacije itd.; L -- specifična toplina isparavanja, taljenja, sublimacije; V 2 - V 1 je razlika u specifičnim volumenima, odnosno, pri prelasku iz vode u led, iz vodene pare u vodu, iz vodene pare u led. Detaljno rješenje ove jednadžbe o tlaku zasićene vodene pare e 0 iznad površine vode - krivulja AB i leda - krivulja AD, nalazi se u kolegiju Opće meteorologije.

Vodno-kemijski režim i stanje opreme kruga grijanja za opskrbu toplom vodom petog stupnja Sverdlovske kogeneracije

Komponente izravnog protoka mreže su: dopunska voda i povratna voda (M-6; Gradmash). Dodatak 6 prikazuje promjenu potrošnje izravne mrežne vode u Sverdlovskoj kogeneraciji u različitim razdobljima godine. Prirodno...

Dinamika mreže vodikovih veza u vodi i amorfnom ledu

Slika 15. Model “Transformacije energije tijekom oscilacija” Model (slika 15) ilustrira transformacije energije tijekom harmonijskih oscilacija tijela pod utjecajem kvazielastične sile...

Neidealni sustavi

Pod određenim uvjetima, dvije različite faze iste tvari (na primjer, tekućina i plin) mogu koegzistirati jedna s drugom proizvoljno dugo vremena. Za to je potrebno ispuniti sljedeće uvjete na granici dviju faza: , i...

Značajke odabira mjerača protoka

Ako se oscilacije šire u smjeru brzine strujanja, tada u vremenu prijeđu put L gdje je a brzina zvuka u danom mediju; V -- brzina protoka...

Značajke polimorfizma

Atomi metala, na temelju geometrijskih razmatranja, mogu formirati bilo koju kristalnu rešetku. Međutim, stabilan, dakle stvarno postojeći, tip je rešetka koja ima najmanju rezervu slobodne energije...

Fizikalno-kemijske transformacije uključuju procese promjene agregatnog stanja i kristalne strukture tvari koja se obrađuje...

Fazna ravnina, fazne putanje. Granični ciklus. Prikaz najjednostavnijih procesa na faznoj ravnini. Izokline, singularne točke. Konstrukcija integralnih krivulja pomoću izoklina. Konstrukcija integralnih krivulja delta metodom

Fazna putanja je putanja točke u faznom prostoru, koja prikazuje kako se stanje dinamičkog sustava mijenja s vremenom t. Razmotrimo sustav običnih diferencijalnih jednadžbi n-tog reda Y = F(x,Y)...

Fizika makromolekulskih spojeva

Reakcije ovog tipa koristio je Staudinger za dokazivanje makromolekularne strukture prirodnih, a potom i sintetskih polimera. Pretvorio je polivinil acetat u polivinil alkohol...

Fizičke osnove holografije

Hologrami se mogu snimati ne samo na fotografske ploče, već i na druge medije. Postoji mnogo različitih materijala koji imaju potrebnu osjetljivost i rezoluciju...

Električni proračun i automatizacija instalacije električnih grijača

"right">Tablica 1 Metoda grijanja Mehanizam pretvorbe energije Opseg i IT otpor (izravan i neizravan) Električna energija se pretvara u toplinsku energiju kada struja teče kroz vodljive materijale Grijanje...

Primjena Gibbsova pravila faza na jednokomponentne sustave. Fazni dijagrami vode i sumpora

Za jednokomponentni sustav DO=1 i fazno pravilo je zapisano kao:

C = 3– F

Ako F= 1, tada S=2, kažu da sustav dvovarijantan;
F= 2, tada S=1 , sustav monovarijantni;
F= 3, tada S = 0, sustav nepromjenjiv.

Odnos između pritiska ( R), temperatura ( T) i volumen ( V) faze se mogu prikazati u tri dimenzije fazni dijagram. Svaka točka (tzv figurativna točka) na takvom dijagramu prikazuje neko stanje ravnoteže. Obično je prikladnije raditi s dijelovima ovog dijagrama pomoću ravnine R – T(na V = konst) ili avion P–V(na T = konst). U nastavku ćemo razmatrati samo slučaj presjeka ravninom R – T(na V = konst).

Stanje vode proučavano je u širokom rasponu temperatura i tlakova. Pri visokim tlakovima utvrđeno je postojanje najmanje deset kristalnih modifikacija leda. Najviše je proučavan led I - jedina modifikacija leda pronađena u prirodi.

Prisutnost različitih modifikacija tvari - polimorfizam - dovodi do komplikacije dijagrama stanja.

Fazni dijagram vode u koordinatama R – T prikazan je na slici 15. Sastoji se od 3 fazna polja- područja raznih R, T- vrijednosti pri kojima voda postoji u obliku određene faze - led, tekuća voda ili para (na slici označeno slovima L, F i P). Ta su fazna polja odvojena s 3 granične krivulje.

Krivulja AB - krivulja isparavanja, izražava ovisnost tlak pare tekuće vode od temperature(ili, obrnuto, predstavlja ovisnost vrelišta vode o vanjskom tlaku). Drugim riječima, ova linija odgovara dvofaznoj ravnoteži.

Tekuća voda ↔ para, a broj stupnjeva slobode izračunat faznim pravilom je S= 3 – 2 = 1. Ova ravnoteža se zove monovarijantni. To znači da je za potpuni opis sustava dovoljno odrediti samo jedna varijabla- bilo temperatura ili tlak, budući da za danu temperaturu postoji samo jedan ravnotežni tlak i za dani tlak postoji samo jedna ravnotežna temperatura.

Pri tlakovima i temperaturama koji odgovaraju točkama ispod crte AB, tekućina će potpuno ispariti, a ovo područje je područje pare. Za opis sustava u određenom jednofaznom području potrebne su dvije neovisne varijable: temperatura i tlak ( S = 3 – 1 = 2).

Pri tlakovima i temperaturama koje odgovaraju točkama iznad linije AB, para se potpuno kondenzira u tekućinu ( S= 2). Gornja granica krivulje isparavanja AB je u točki B, koja se naziva kritična točka (za vodu 374,2ºS i 218,5 bankomat.). Iznad te temperature, tekuća i parna faza postaju nerazlučive (nestaje sučelje tekućina/para), stoga F = 1.

Linija AC - ova krivulja sublimacije leda (ponekad se naziva sublimacijska linija), odražava ovisnost tlak vodene pare iznad leda na temperaturu. Ova linija odgovara monovarijantnoj ravnoteži led ↔ para ( S= 1). Iznad linije AC je područje leda, ispod je područje pare.

Linija AD - krivulja taljenja, izražava ovisnost temperatura topljenja leda prema tlaku i odgovara monovarijantnoj ravnoteži led ↔ tekuća voda. Za većinu tvari AD linija odstupa od okomice udesno, ali ponašanje vode je anomalno: tekuća voda zauzima manji volumen od leda. Povećanje tlaka uzrokovat će pomak ravnoteže prema stvaranju tekućine, tj. ledište će se smanjiti.

Studije koje je prvi proveo Bridgman kako bi odredio tijek krivulje topljenja leda pri visokim tlakovima pokazale su da su sve postojeće kristalne modifikacije leda, s izuzetkom prve, gušće od vode. Dakle, gornja granica linije AD je točka D, gdje led I (obični led), led III i tekuća voda koegzistiraju u ravnoteži. Ova točka se nalazi na –22ºS i 2450 bankomat.

Riža. 15. Fazni dijagram vode

Na primjeru vode jasno je da fazni dijagram nije uvijek tako jednostavan kao što je prikazano na slici 15. Voda može postojati u obliku nekoliko čvrstih faza, koje se razlikuju po svojoj kristalnoj strukturi (vidi sliku 16).

Riža. 16. Prošireni fazni dijagram vode u širokom rasponu vrijednosti tlaka.

Trojna točka vode (točka koja odražava ravnotežu triju faza - tekućine, leda i pare) u odsutnosti zraka nalazi se na 0,01ºS ( T = 273,16K) i 4.58 mmHg. Broj stupnjeva slobode S= 3-3 = 0 i takvu ravnotežu nazivamo nepromjenjivom.

U prisutnosti zraka, tri faze su u ravnoteži na 1 bankomat. i 0ºS ( T = 273,15K). Smanjenje trojne točke u zraku uzrokovano je sljedećim razlozima:

1. Topljivost zraka u tekućoj vodi na 1 bankomat, što dovodi do smanjenja trojne točke za 0,0024ºS;

2. Porast tlaka od 4,58 mmHg. do 1 bankomat, što smanjuje trostruku točku za još 0,0075ºS.