Suvning bug'ga o'tish diagrammasi. Suvning fazaviy holatlari va o'zgarishlari. Muzning erish egri chizig'i VI
Holat diagrammasi (yoki faza diagrammasi) tizimning holatini tavsiflovchi kattaliklar va tizimdagi fazaviy o'zgarishlar (qattiq holatdan suyuqlikka, suyuqlikdan gaz holatiga o'tish va boshqalar) o'rtasidagi bog'liqlikning grafik tasviridir.
Bir komponentli tizimlar uchun odatda fazaviy o'zgarishlarning harorat va bosimga bog'liqligini ko'rsatadigan holat diagrammasi qo'llaniladi; ular P-t koordinatalaridagi holat diagrammalari deb ataladi.
Shaklda. 10.1 sxematik shaklda (shkalaga qat'iy rioya qilmasdan) suv holatining diagrammasi ko'rsatilgan. Diagrammadagi har qanday nuqta harorat va bosimning ma'lum qiymatlariga mos keladi.
Guruch. 10.1. Past bosimli hududdagi suvning holati diagrammasi
Diagrammada ma'lum harorat va bosimlarda termodinamik barqaror bo'lgan suvning holati ko'rsatilgan. U barcha mumkin bo'lgan harorat va bosimlarni muz, suyuqlik va bug'ga mos keladigan uchta hududga ajratuvchi uchta egri chiziqdan iborat.
OA egri chizig'i to'yingan suv bug'ining bosimining haroratga bog'liqligini ifodalaydi: egri chiziqning nuqtalari suyuq suv va suv bug'lari bir-biri bilan muvozanatda bo'lgan harorat va bosim juftliklarini ko'rsatadi. OA egri chizig'i suyuqlik-bug' muvozanatining egri chizig'i yoki deyiladi qaynash egri chizig'i.
OS egri chizig'i - qattiq holat - suyuqlik muvozanat egri chizig'i, yoki erish egri chizig'i, - muz va suyuq suv muvozanatda bo'lgan harorat va bosim juftliklarini ko'rsatadi.
RH egri - muvozanat egri qattiq holat - bug ', yoki sublimatsiya egri chizig'i. Bu muz va suv bug'lari muvozanatda bo'lgan harorat va bosim juftliklariga mos keladi.
Barcha uchta egri chiziq O nuqtada kesishadi. Bu nuqtaning koordinatalari harorat va bosimning yagona juftligi bo'lib, unda barcha uch faza muvozanatda bo'lishi mumkin: muz, suyuq suv va bug '. U ismni oladi uch nuqta.
Uch nuqta 0,610 kPa (4,58 mm Hg) suv bug'ining bosimiga va 0,0 GS haroratga to'g'ri keladi.
Suv holati diagrammasi oziq-ovqat mahsulotlarini olishning texnologik rejimlarini ishlab chiqishda muhim ahamiyatga ega. Misol uchun, diagrammadan ko'rinib turibdiki, agar muz 0,610 kPa (4,58 mm Hg) dan kam bosimda qizdirilsa, u to'g'ridan-to'g'ri bug'ga o'tadi. Bu oziq-ovqat mahsulotlarini muzlatish usuli bilan olish usullarini ishlab chiqish uchun asosdir.
Suvni boshqa moddalardan ajratib turadigan xususiyatlaridan biri bosim ortishi bilan muzning erish nuqtasining pasayishi hisoblanadi. Ushbu holat diagrammada aks ettirilgan. Suvning holat diagrammasidagi OC erish egri chizig'i chapga, deyarli barcha boshqa moddalar uchun esa o'ngga ko'tariladi.
Atmosfera bosimida suv bilan sodir bo'ladigan o'zgarishlar diagrammada 101,3 kPa (760 mm Hg) ga mos keladigan gorizontalda joylashgan nuqtalar yoki segmentlar bo'yicha aks ettirilgan. Demak, muzning erishi yoki suvning kristallanishi D nuqtaga, suvning qaynashi E nuqtasiga, suvning qizishi yoki sovishi DE segmentiga to`g`ri keladi va hokazo.
Suvning holati keng harorat va bosim oralig'ida o'rganilgan. Yuqori bosimlarda muzning kamida o'nta kristalli modifikatsiyasi mavjudligi aniqlandi. Eng ko'p o'rganilgan muz I - tabiatda topilgan muzning yagona modifikatsiyasi.
Moddaning turli xil modifikatsiyalarining mavjudligi - polimorfizm holat diagrammalarining murakkablashishiga olib keladi.
Koordinatalarda suvning fazaviy diagrammasi R - T 15-rasmda ko'rsatilgan. U 3 tadan iborat faza maydonlari- turli sohalarda R, T- suvning ma'lum bir faza shaklida mavjud bo'lgan qiymatlari - muz, suyuq suv yoki bug '(rasmda mos ravishda L, W va P harflari bilan ko'rsatilgan). Bu faza maydonlari 3 ta chegaraviy egri chiziq bilan ajratilgan.
AB egri chizig'i - bug'lanish egri chizig'i, bog'liqlikni ifodalaydi suyuq suvning haroratdagi bug' bosimi(yoki aksincha, suvning qaynash nuqtasining tashqi bosimga bog'liqligini ifodalaydi). Boshqacha qilib aytganda, bu chiziq ikki fazaga to'g'ri keladi muvozanat.
Suyuq suv ↔ bug 'va faza qoidasidan hisoblangan erkinlik darajalari soni BILAN= 3 – 2 = 1. Bunday muvozanat deyiladi monovariant. Bu shuni anglatadiki, tizimning to'liq tavsifi uchun faqat aniqlash kifoya qiladi bitta o'zgaruvchi- harorat yoki bosim, chunki ma'lum bir harorat uchun faqat bitta muvozanat bosimi va ma'lum bir bosim uchun - faqat bitta muvozanat harorati mavjud.
AB chizig'i ostidagi nuqtalarga mos keladigan bosim va haroratlarda suyuqlik butunlay bug'lanadi va bu mintaqa bug 'hududidir. Berilgan bir fazali mintaqadagi tizimni tavsiflash uchun ikkita mustaqil o'zgaruvchi kerak: harorat va bosim ( BILAN = 3 – 1 = 2).
AB chizig'i ustidagi nuqtalarga mos keladigan bosim va haroratlarda bug 'to'liq suyuqlikka aylanadi ( BILAN= 2). AB bug'lanish egri chizig'ining yuqori chegarasi B nuqtasida bo'lib, u kritik nuqta deb ataladi (suv uchun 374,2ºS va 218,5). atm.). Bu haroratdan yuqori suyuqlik va bug 'fazalari farqlanmaydi (suyuqlik / bug' interfeysi yo'qoladi), shuning uchun F = 1.
AC chizig'i - bu muz sublimatsiya egri chizig'i (ba'zan sublimatsiya chizig'i deb ataladi), bu bog'liqlikni aks ettiradi. haroratda muz ustidagi suv bug'ining bosimi. Bu chiziq monovariant muvozanat muz ↔ bug'iga mos keladi ( BILAN= 1). AC chizig'ining tepasida muz mintaqasi, bug' mintaqasi ostida joylashgan.
AD chizig'i - erish egri chizig'i, bog'liqlikni ifodalaydi bosim ostida muzning erish harorati va monovariant muvozanat muz ↔ suyuq suvga mos keladi. Ko'pgina moddalar uchun AD chizig'i vertikaldan o'ngga og'adi, lekin suvning harakati anomaldir: suyuq suv muzdan kichikroq hajmni egallaydi. Bosimning oshishi muvozanatning suyuqlik hosil bo'lishiga qarab siljishiga olib keladi, ya'ni muzlash nuqtasi pasayadi.
Bridgman tomonidan olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, muzning erish egri chizig'ini yuqori bosimda aniqlash uchun barcha mavjud muzning kristalli modifikatsiyalari, birinchisidan tashqari, suvdan ko'ra zichroqdir. Shunday qilib, AD chizig'ining yuqori chegarasi D nuqtasi bo'lib, bu erda muz I (oddiy muz), muz III va suyuq suv muvozanatda birga yashaydi. Bu nuqta -22ºS va 2450 da atm.
Guruch. 15. Suvning fazaviy diagrammasi
Suv misoli shuni ko'rsatadiki, fazaviy diagramma har doim ham 15-rasmda ko'rsatilganidek, bunday oddiy xarakterga ega emas. Suv bir necha qattiq fazalar shaklida mavjud bo'lishi mumkin, ular kristalli tuzilishi bilan farqlanadi (16-rasmga qarang).
Guruch. 16. Keng bosim qiymatlarida suvning kengaytirilgan fazali diagrammasi.
Suvning uchlik nuqtasi (uch fazaning muvozanatini aks ettiruvchi nuqta - suyuqlik, muz va bug') havo yo'qligida 0,01ºS ( T = 273,16K) va 4.58 mmHg. Erkinlik darajalari soni BILAN= 3-3 = 0 va bunday muvozanat o'zgarmas deb ataladi.
Havo mavjud bo'lganda, uch faza 1 da muvozanatda bo'ladi atm. va 0ºS ( T = 273,15K). Havodagi uch nuqtaning pasayishi quyidagi sabablarga ko'ra yuzaga keladi:
1. Havoning suyuq suvda eruvchanligi 1 atm, bu uch martalik nuqtaning 0,0024ºS ga pasayishiga olib keladi;
2. 4,58 dan bosimni oshirish mmHg. 1 gacha atm, bu uch martalik nuqtani yana 0,0075ºS ga kamaytiradi.
Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:
Agar ushbu material siz uchun foydali bo'lib chiqsa, uni ijtimoiy tarmoqlardagi sahifangizga saqlashingiz mumkin:
| tvit |
Ushbu bo'limdagi barcha mavzular:
Fizik kimyo fani va uning ahamiyati
Kimyoviy va fizik hodisalar o'rtasidagi bog'liqlikni fizik kimyo o'rganadi. Kimyoning bu bo'limi kimyo va fizika o'rtasidagi chegara hisoblanadi. Haqida nazariy va eksperimental usullardan foydalanish
Fizik kimyoning rivojlanish tarixining qisqacha tavsifi
"Fizik kimyo" atamasi va bu fanning ta'rifini birinchi marta 1752-1754 yillarda M.V.Lomonosov bergan. Fanlar akademiyasi talabalariga fizik kimyo kursini o‘qib berdi va ushbu kursning qo‘lyozmasini qoldirdi
Energiya. Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni
Materiyaning ajralmas xususiyati (atributi) harakatdir; u materiyaning o'zi kabi buzilmaydi. Materiya harakati turli shakllarda namoyon bo'ladi, ular bir-biriga o'tishi mumkin. O'lchov bo'yicha harakatlaning
Termodinamikaning predmeti, usuli va chegaralari
Har xil jarayonlarda energiya uzatish shakllari sifatida issiqlik va ishga e'tiborini qaratgan termodinamika o'z ko'rib chiqish doirasidagi ko'plab energiya bog'liqliklarini o'z ichiga oladi.
Issiqlik va ish
Bir jismdan ikkinchi jismga o'tish jarayonida harakat shakllarining o'zgarishi va energiyaning mos ravishda o'zgarishi juda xilma-xildir. Harakatning o'zi va u bilan bog'liq energiya o'zgarishlarining o'tish shakllari
Issiqlik va ishning tengligi
D.P.Joule (1842-1867) klassik tajribalarida issiqlik va ishning o'zaro o'tishlaridagi doimiy ekvivalent nisbati o'rnatildi. Oddiy Joule tajribasi quyidagicha (
Ichki energiya
Aylana bo'lmagan jarayon uchun tenglik (I, 1) kuzatilmaydi, chunki tizim asl holatiga qaytmaydi. Buning o'rniga, aylana bo'lmagan jarayon uchun tenglik yozilishi mumkin (koeffitsientni hisobga olmaganda
Termodinamikaning birinchi qonuni
Termodinamikaning birinchi qonuni (birinchi qonuni) energiyaning saqlanish qonuni bilan bevosita bog'liq. Bu turli xil jarayonlar, shu jumladan kimyoviy jarayonlar jarayonida energiya balansini hisoblash imkonini beradi.
Davlat tenglamalari
Muvozanat holatidagi sistemaning ko‘pgina xossalari va uni tashkil etuvchi fazalari o‘zaro bog‘liqdir. Ulardan birining o'zgarishi boshqalarning o'zgarishiga olib keladi. O'rtasidagi miqdoriy funktsional bog'liqliklar
Turli jarayonlarning ishlashi
Ish nomi ostida ko'plab energiya jarayonlari birlashtirilgan; bu jarayonlarning umumiy xususiyati tashqaridan ta'sir qiluvchi kuchni engish uchun tizim energiyasini sarflashdir. Bunday jarayonlar o'z ichiga oladi
Issiqlik quvvati. Turli jarayonlarning issiqligini hisoblash
Jismning solishtirma (c) yoki molyar (C) issiqlik sig‘imini tajriba yo‘li bilan aniqlash moddaning bir gramm yoki bir mol qizdirilganda yutilgan issiqlik Q ni o‘lchashdan iborat.
Kaloriya koeffitsientlari
U tizimning ichki energiyasi holat funktsiyasi bo'lib, tizimning mustaqil o'zgaruvchilari (holat parametrlari) funktsiyasidir. Eng oddiy tizimlarda biz ichki qismni ko'rib chiqamiz
Termodinamikaning birinchi qonunining ideal gazga tatbiq etilishi
Ideal gazni, ya'ni bir mol holati Mendeleyev-Klapeyron tenglamasi bilan tavsiflangan gazni ko'rib chiqaylik:
Gazlardagi adiabatik jarayonlar
Termodinamik sistema adiabatik jarayon deyiladi, agar u teskari bo'lsa va tizim termal izolyatsiyalangan bo'lsa, jarayon davomida tizim va tizim o'rtasida issiqlik almashinuvi sodir bo'lmaydi.
Entalpiya
Faqat kengayish ishi bajariladigan jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi qonuni tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi: dQ = dU + PdV (I, 51) Agar jarayon doimiy ravishda davom etsa.
kimyoviy o'zgaruvchi. Kimyoviy va fazali o'zgarishlar bilan kechadigan jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi qonunini shakllantirish
Termodinamikaning birinchi qonunining tenglamalari (I, 27), (I, 28) va avval berilgan formulalari har qanday muvozanatli yopiq tizim uchun, unda kimyoviy yoki kimyoviy reaksiyalar sodir bo'lishidan qat'i nazar, amal qiladi.
Termokimyo. Hess qonuni
Kimyoviy o'zgarishlar jarayonida tizimning ichki energiyasida o'zgarish sodir bo'ladi, chunki reaktsiya mahsulotlarining ichki energiyasi boshlang'ich moddalarning ichki energiyasidan farq qiladi.
Issiqlik ta'sirining haroratga bog'liqligi. Kirxgof tenglamasi
Gess qonuniga ko'ra, reaksiyaning issiqlik effektini barcha reaktivlarning hosil bo'lish issiqliklari yoki yonish issiqliklari ma'lum bo'lgan haroratda hisoblash mumkin (odatda 298K). Biroq, tez-tez
Spontan va spontan bo'lmagan jarayonlar
Termodinamikaning birinchi qonuni va undan turli jarayonlar davomida vujudga keladigan jismlar o'rtasidagi energiya almashinuvi qonunlaridan kelib chiqib, umuman olganda, bu jarayonni ham mumkinmi degan xulosaga kelish mumkin emas.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni
Eng keng tarqalgan va, albatta, o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar issiqlikning issiq jismdan sovuqqa o'tishi (issiqlik o'tkazuvchanligi) va ishning issiqlikka o'tishi (ishqalanish). Ko'p asrlik hayot
Entropiya o'zgarishini hisoblash usullari
Entropiyani aniqlaydigan (II, 12) va (II, 13) tenglamalar sistema entropiyasining o'zgarishini termodinamik hisoblash uchun yagona boshlang'ich tenglama hisoblanadi. Tenglamadagi elementar issiqlikni almashtirish
Plank postulati
(II, 3) tenglama bo'yicha tizim entropiyasining mutlaq qiymatini hisoblash mumkin emas. Bu imkoniyat termodinamikaning ikkita qonunidan kelib chiqmaydigan yangi, isbotlab bo'lmaydigan taklif bilan ta'minlanadi.
Mutlaq entropiya qiymatlari
Plank postulati kimyoviy jarayonlarni termodinamik o'rganishda kimyoviy birikmalar entropiyasining mutlaq qiymatlarini hisoblash uchun ishlatiladi - bu katta ahamiyatga ega bo'lgan miqdorlar.
standart entropiya. Kimyoviy reaksiya jarayonida entropiyaning o'zgarishi
Entropiya, boshqa termodinamik funktsiyalar kabi, odatda materiyaning standart holati deb ataladi. Eslatib o'tamiz, standart holat standart shartlar bilan tavsiflanadi
Entropiyaning statistik talqini
Entropiyaning holat funksiyasi sifatidagi tushunchasi makroskopik tushunchaga asoslanadi. Termodinamikaning ikkinchi qonunining haqiqiyligi qaytarilmas jarayonlarning haqiqati bilan bog'liq. Qaytarib bo'lmaydigandan farqli o'laroq
Helmgolts energiyasi
Eslatib o'tamiz, termodinamikaning ikkinchi qonuni izolyatsiyalangan tizimlarda jarayonlarning o'z-o'zidan paydo bo'lish mezonlarini belgilaydi. Biroq, bunday sharoitlar (atrof-muhit bilan energiya va moddalar almashinuvining yo'qligi)
Gibbs energiyasi
Kengaytirish ishlaridan tashqari, umumiy shaklda boshqa ish turlarini hisobga olishni xohlaymiz, biz elementar ishni kengaytirish ishlari va boshqa turdagi ishlarning yig'indisi sifatida ifodalaymiz: dW = PdV + dW" (III, 15)
Xarakterli funktsiyalar. Holatning fundamental (kanonik) tenglamalari
Ilgari biz quyidagi termodinamik funktsiyalarni aniqladik - tizim xossalari: ichki energiya U, entalpiya H, entropiya S, Helmgolts energiyasi F, Gibbs energiyasi G.
Maksvell munosabatlari
Endi xarakteristik funktsiyalarning ikkinchi aralash hosilalarini ko'rib chiqing. Tenglamalarni hisobga olgan holda (III, 26) biz yozishimiz mumkin:
Gibbs-Gelmgolts tenglamasi
Gibbs-Gelmgolts tenglamasi, agar kimyoviy reaktsiyalar issiqligining ga bog'liqligi bo'lsa, har qanday ma'lum haroratda kimyoviy reaktsiyalar bilan birga keladigan Gibbs energiyasining o'zgarishini aniqlashga imkon beradi.
Ideal gazlar aralashmasining Gibbs energiyasi. Kimyoviy potentsialni aniqlash
Gibbs energiyasi keng funktsiya bo'lib, ideal gazlar aralashmasi uchun uning qiymatini hisoblash imkonini beradi. Ko'rsatilgandek, bo'limlarga bo'lingan tankni tasavvur qiling
Kimyoviy salohiyat
"Kimyoviy potentsial" tushunchasining ma'nosini aniqlashtirish uchun (III.51) ifodani P va T doimiysidagi mahsulot sifatida ajratamiz:
Fazali o'tishlar. Klauzius-Klapeyron tenglamasi
Muvozanatda bo'lgan sof moddaning bir necha fazalaridan iborat tizimda moddaning bir fazadan ikkinchisiga o'tishlari mumkin. Bunday o'tishlar fazali o'tishlar deb ataladi.
Birinchi turdagi fazali o'tishlar. Erish. Bug'lanish
Muvozanatda birga mavjud bo'lgan ikki fazaning izobar potentsiallarining tengligi va birinchi hosilalarning n-da Gibbs energiyasiga (entropiya va hajm) nisbatan keskin o'zgarishi bilan tavsiflangan faza o'tishlari.
Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar
Ikkinchi turdagi fazali o'tish - bu moddaning bir fazadan ikkinchisiga muvozanatli o'tishi, bunda harorat va bosimga nisbatan faqat Gibbs energiyasining ikkinchi hosilalari keskin o'zgaradi.
To'yingan bug 'bosimi haroratga nisbatan
Suyuqlikning to'yingan bug' bosimi harorat oshishi bilan keskin ortadi. Buni ba'zi suyuqliklarning erish nuqtalaridan boshlanadigan bug' bosimi egri chiziqlari ko'rsatilgan 12-rasmdan ko'rish mumkin.
Umumiy muvozanat shartlari
Doimiy bosim va haroratda muvozanatdagi har qanday yopiq tizim quyidagi munosabatlar bilan tavsiflanadi:
Gibbs faza qoidasi
1876 yilda Gibbs tizimning muvozanatdagi fazalar soni (F), tarkibiy qismlar soni (K) va erkinlik darajalari soni (C) bilan bog'liq oddiy formulani oldi. Muvozanatda, biz kerak
Gibbs faza qoidasini bir komponentli sistemalarga tatbiq etish. Suv va oltingugurt holati diagrammasi
Bir komponentli sistema uchun K = 1 va faza qoidasi quyidagicha yoziladi: C = 3 - F Agar F = 1 bo'lsa, u holda C = 2 bo'lsa, tizim bivariant deyiladi;
Oltingugurt fazasi diagrammasi
Kristalli oltingugurt ikkita modifikatsiya shaklida mavjud - rombik (Sp) va monoklinik (Sm). Shuning uchun to'rt fazaning mavjudligi mumkin: rombik, mo
Faol massalar qonuni. Gaz fazali reaksiyalar uchun muvozanat konstantasi
Faraz qilaylik, A1, A2 ... Ai, A’1, A’2 ... A’i gazsimon moddalar o‘rtasida tenglama bo‘yicha kimyoviy qaytar reaksiya boradi:
Kimyoviy reaksiya izotermasi tenglamasi
Faraz qilaylik, kimyoviy reaksiya tenglamaga muvofiq ideal gazlar aralashmasida boradi.Faraz qilaylik, qo'llash momentida.
Kimyoviy yaqinlik tushunchasi
Ba'zi moddalar bir-biri bilan oson va tez, boshqalari qiyinchilik bilan, boshqalari esa umuman reaksiyaga kirishmasligidan maxsus kimyoviy yaqinlik mavjudligi yoki yo'qligi haqida taxmin paydo bo'ladi.
Muvozanatli aralashmalar tarkibini hisoblashda massalar ta’siri qonunidan foydalanish
Muvozanat holatidagi tizim tarkibini va natijada reaksiya mahsulot(lari)ning unumini aniqlash uchun muvozanat konstantasini va dastlabki aralashmaning tarkibini bilish kerak. Murakkab
Geterogen kimyoviy muvozanat
Massalar ta'siri qonuni ideal gazlarning holat qonunidan foydalangan holda olingan va birinchi navbatda gaz aralashmalari uchun qo'llaniladi. Biroq, u sezilarli o'zgarishlarsiz qo'llanilishi mumkin
Haroratning kimyoviy muvozanatga ta'siri. Kimyoviy reaksiya izobar tenglamasi
K0 ning haroratga bog'liqligini differentsial shaklda aniqlash uchun Gibbs-Gelmgolts tenglamasidan foydalanamiz (III, 41)
Le Chatelier-Braun printsipi
Muvozanat holatidan chiqarilgan sistema yana muvozanat holatiga qaytadi. Le Chatelier va Braun, masalan, qaerdaligini taxmin qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan oddiy printsipni ta'kidladilar.
Termal Nernst teoremasi
Gibbs energiyasining o'zgarishini va shuning uchun kimyoviy reaktsiyalarning muvozanat konstantalarini to'g'ridan-to'g'ri va oddiy hisoblash, agar kimyoviy reaktsiyaning issiqligi va mutlaq qiymatlari ma'lum bo'lsa, qiyinchilik tug'dirmaydi.
Ideal bo'lmagan tizimlardagi kimyoviy muvozanat
Massalar ta'siri qonuni (V, 5) yuqorida aytib o'tilganidek, faqat ideal gazlar (yoki ideal eritmalar) uchun amal qiladi. Bunday tizimlar uchun muvozanatning nisbiy qisman bosimining mahsuloti reaktivdir
Moddalar entalpiyasi va kimyoviy reaksiyalarning issiqlik ta'sirining bosimga bog'liqligi
Entalpiyaning bosimga bog'liqligini ko'rib chiqayotganda, biz uning to'liq differensialligi uchun taniqli ifodadan foydalanamiz (III, 27): dH = VdP + TdS
Da k n= 1 faza qoidasi tenglamasi quyidagi shaklni oladi:
C \u003d 3 - F,
Agar muvozanatda 1 faza bo'lsa, u holda C = 2, tizim deb ayting bivariant;
2 faza C \u003d 1, tizimi monovariant;
3 bosqich C \u003d 0, tizimi o'zgarmas.
Tizim holatining tashqi sharoitlarga yoki tizim tarkibiga bog'liqligini ifodalovchi diagramma deyiladi faza diagrammasi. Bosim o'rtasidagi bog'liqlik ( R), harorat ( T) va hajm ( V) fazalar uch o'lchovli fazali diagramma bilan ifodalanishi mumkin. Har bir nuqta (deb ataladi tasviriy nuqta) bunday diagrammada qandaydir muvozanat holati tasvirlangan. Ushbu diagrammaning bo'limlari bilan tekislik bilan ishlash odatda qulayroqdir r - T(da V = konst) yoki samolyot p-V(da T = konst). Keling, tekislik bilan kesma holatini batafsil tahlil qilaylik r - T(da V=const).
Misol tariqasida, bir komponentli tizim - suvning fazaviy diagrammasini ko'rib chiqing (8-rasm).
Suvning fazali diagrammasi
Koordinatalarda suvning fazali diagrammasi r - T 8-rasmda keltirilgan. U 3 tadan iborat faza maydonlari- turli sohalar ( p, T) - suvning ma'lum bir faza shaklida mavjud bo'lgan qiymatlari - muz, suyuq suv yoki bug '(8-rasmda mos ravishda L, W va P harflari bilan ko'rsatilgan). Ushbu bir fazali hududlar uchun erkinlik darajalari soni ikkiga teng, muvozanat bivariant ( C \u003d 3 - 1 \u003d 2). Bu shuni anglatadiki, tizimni tavsiflash uchun, ikkita mustaqil o'zgaruvchi - harorat va bosim. Ushbu o'zgaruvchilar ushbu sohalarda mustaqil ravishda, fazalar turi va sonini o'zgartirmasdan o'zgartirilishi mumkin.
Faza maydonlari 3 ta chegara egri chizig'i bilan ajratilgan.
AB egri chizig'i - bug'lanish egri chizig'i, qaramligini ifodalaydi suyuq suvning haroratdagi bug' bosimi(yoki aksincha, suvning qaynash nuqtasining bosimga bog'liqligini ifodalaydi). Boshqacha aytganda, bu chiziq mos keladi ikki fazali suyuq suv-bug 'muvozanati va faza qoidasi bilan hisoblangan erkinlik darajalari soni C \u003d 3 - 2 \u003d 1. Bunday muvozanat monovariant. Bu shuni anglatadiki, tizimning to'liq tavsifi uchun faqat aniqlash kifoya qiladi bitta o'zgaruvchi harorat yoki bosim. Ikkinchi o'zgaruvchi bog'liq bo'lib, u AB egri chizig'ining shakli bilan beriladi . Shunday qilib, ma'lum bir harorat uchun faqat bitta muvozanat bosimi yoki berilgan bug 'bosimi uchun faqat bitta muvozanat harorati mavjud.
AB chizig'i ostidagi nuqtalarga mos keladigan bosim va haroratlarda suyuqlik butunlay bug'lanadi va bu mintaqa bug 'hududidir.
AB chizig'i ustidagi nuqtalarga mos keladigan bosim va haroratlarda bug 'to'liq suyuqlikka aylanadi ( C = 2). AB bug'lanish egri chizig'ining yuqori chegarasi B nuqtasida, deyiladi tanqidiy nuqta(suv uchun 374 o C va 218 atm). Bu haroratdan yuqori suyuqlik va bug 'fazalari farqlanmaydi (tiniq suyuqlik/bug' interfeysi yo'qoladi), shuning uchun F=1.
AC liniyasi- bumuzning sublimatsiya egri chizig'i(ba'zan sublimatsiya chizig'i deb ataladi), qaramlikni aks ettiradi haroratda muz ustidagi suv bug'ining bosimi. Bu chiziq mos keladi monovariant muz bug'lari muvozanati ( C=1). AC chizig'ining tepasida muz mintaqasi, bug' mintaqasi ostida joylashgan.
Chiziq AD - erish egri chizig'i, qaramlikni ifodalaydi bosim ostida muzning erish harorati va mos keladi monovariant muz-suyuq suv muvozanati. Ko'pgina moddalar uchun AD chizig'i vertikaldan o'ngga og'adi, ammo suvning harakati anomaldir: suyuq suv muzdan kichikroq hajmni egallaydi. Le Chatelier printsipiga asoslanib, bosimning oshishi muvozanatning suyuqlik hosil bo'lishiga qarab siljishiga olib kelishini taxmin qilish mumkin, ya'ni. muzlash nuqtasi pasayadi.
8-rasm. Suvning fazali diagrammasi
Bridgman tomonidan yuqori bosimlarda muz erishi egri chizig'ining borishini aniqlash uchun olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, muzning etti xil kristalli modifikatsiyasi, ularning har biri, birinchisidan tashqari, suvdan zichroq. Shunday qilib, AD chizig'ining yuqori chegarasi D nuqtasi bo'lib, bu erda muz I (oddiy muz), muz III va suyuq suv muvozanatda bo'ladi. Bu nuqta -22 0 S va 2450 atm.
Suvning uch nuqtasi(uch fazaning muvozanatini aks ettiruvchi nuqta - suyuqlik, muz va bug ') havo yo'qligida 0,0100 o C va 4,58 mm Hg da bo'ladi. Erkinlik darajalari soni BILAN=3-3=0 va bunday muvozanat deyiladi o'zgarmas. Har qanday parametr o'zgartirilganda, tizim uch fazali bo'lishni to'xtatadi.
Havo mavjudligida uch faza 760 mm Hg da muvozanatda bo'ladi. va 0 o S da. Havodagi uch nuqta haroratining pasayishi quyidagi sabablarga ko'ra yuzaga keladi:
1. havoning gazsimon tarkibiy qismlarining suyuq suvda eruvchanligi 1 atm, bu uchlik nuqtasini 0,0024 o S ga pasayishiga olib keladi;
2. bosimning 4,58 mm Hg dan oshishi. 1 atmgacha, bu uch martalik nuqtani yana 0,0075 o S ga kamaytiradi.
Birinchidan, keling, "suv" atamasi har qanday faza holatida H 2 O ni anglatishiga rozi bo'laylik.
Tabiatda suv uchta holatda bo'lishi mumkin: qattiq faza (muz, qor), suyuq faza (suv), gazsimon faza (bug').
Atrof-muhit bilan energiya o'zaro ta'sirisiz suvni ko'rib chiqing, ya'ni. muvozanat holatida.
Bug 'har doim muz yoki suyuqlik yuzasida mavjud. Aloqa fazalari termodinamik muvozanatda bo'ladi: tez molekulalar suyuqlik fazasidan uchib, sirt kuchlarini yengib chiqadi va sekin molekulalar bug 'fazasidan suyuq fazaga o'tadi.
Muvozanat holatida har bir harorat ma'lum bir bug 'bosimiga to'g'ri keladi - umumiy (agar suyuqlik ustida faqat bug' mavjud bo'lsa) yoki qisman (agar havo yoki boshqa gazlar bilan bug' aralashmasi bo'lsa). O'zi hosil bo'lgan suyuqlik fazasi bilan muvozanatda bo'lgan bug' to'yingan bug' deb ataladi va unga mos keladigan harorat to'yinganlik harorati va bosim deb ataladi.–to'yinganlik bosimi.
Endi suvning muvozanatsiz holatini ko'rib chiqing:
a) suyuqlik ustidagi bug 'bosimi to'yinganlik bosimidan pastga tushsin. Bunday holda, muvozanat buziladi, eng tezkor molekulalar tufayli moddaning suyuq fazadan gazsimon fazaga kompensatsiyalanmagan o'tishi interfeys orqali sodir bo'ladi.
Moddaning suyuq fazadan gazsimon fazaga kompensatsiyasiz o'tish jarayoni bug'lanish deb ataladi.
Moddaning qattiq fazadan gaz fazaga kompensatsiyasiz o'tish jarayoni sublimatsiya yoki sublimatsiya deb ataladi.
Bug'lanish yoki sublimatsiyaning intensivligi hosil bo'lgan bug'ni intensiv ravishda olib tashlash bilan ortadi. Bunda suyuqlik fazasining harorati undan eng yuqori energiyaga ega bo'lgan molekulalarning chiqib ketishi tufayli pasayadi. Bunga bosimni pasaytirmasdan, shunchaki havo oqimini puflash orqali erishish mumkin.
b) Ochiq idishdagi suyuqlikka issiqlik ta'minoti bo'lsin. Bunda harorat va shunga mos ravishda to`yingan bug`ning suyuqlik ustidagi bosimi ortadi va umumiy tashqi bosimga (R=R n) etib borishi mumkin. suyuqlikning qalinligida bug' hosil bo'lishi uchun sharoitlar yaratiladi.
Moddaning suyuqlik fazasidan to'g'ridan-to'g'ri suyuqlik ichida bug' fazasiga o'tish jarayoni qaynash deb ataladi.
Suyuqlikning asosiy qismidagi bug 'pufakchalarining yadrolanish jarayoni murakkab. Suv qaynashi uchun issiqlik ta'minoti yuzasida bug'lanish markazlari bo'lishi kerak - depressiyalar, o'simtalar, tartibsizliklar va boshqalar. Isitish yuzasida, qaynash paytida, bu erda mavjud bo'lgan bosimdagi suv va to'yingan bug 'o'rtasidagi harorat farqi issiqlik ta'minoti intensivligiga bog'liq va o'nlab darajaga yetishi mumkin.
Suyuqlikning sirt taranglik kuchlarining ta'siri uning ustidagi to'yingan bug'ning haroratiga nisbatan 0,3-1,5 ° S ga qaynatilganda suyuqlikning interfeysdagi haddan tashqari qizib ketishiga olib keladi.
Moddaning suyuq fazadan bug 'fazasiga o'tish jarayonining har qanday jarayoni bug'lanish deb ataladi.
Bug'lanishga qarama-qarshi jarayon, ya'ni. moddaning bug 'fazasidan suyuq fazaga kompensatsiyasiz o'tishi kondensatsiya deyiladi.
Doimiy bug 'bosimida doimiy haroratda kondensatsiya (qaynoq kabi) paydo bo'ladi va tizimdan issiqlikni olib tashlash natijasidir.
Sublimatsiyaga qarama-qarshi jarayon, ya'ni. moddaning bug 'fazasidan to'g'ridan-to'g'ri qattiq fazaga o'tishi desublimatsiya deb ataladi.
Eslatib o'tamiz, ilgari kiritilgan to'yingan bug 'va to'yinganlik harorati, qaynash jarayoniga o'tkaziladigan tushunchalar qaynash paytida bug' va suyuqlik temperaturalarining tengligini tushuntiradi. Bunday holda, suyuqlik va bug 'fazalarining bosimi ham, harorati ham bir xil bo'ladi.
Suvning qaynash nuqtasidagi suyuq fazasi to'yingan suyuqlik deyiladi..
Qaynash nuqtasidagi (to'yinganligi) bug' quruq to'yingan bug' deb ataladi..
Ikki fazali "suyuqlik + bug'" aralashmasi to'yingan holatda nam to'yingan bug' deyiladi.
Termodinamikada bu atama ikki fazali tizimlarga taalluqlidir, ularda to'yingan bug 'suyuqlik darajasidan yuqori bo'lishi mumkin yoki unda to'xtatilgan suyuqlik tomchilari bilan bug' aralashmasini ifodalaydi. Nam to'yingan bug'ni tavsiflash uchun, quruqlik darajasi tushunchasiX, bu quruq to'yingan bug' massasining nisbati, m s.n.p., aralashmaning umumiy og'irligiga, m sm \u003d m s.n.p + m zh.s.n, uni suyuqlik bilan to'yingan holatda:
To'yingan holatdagi suvning suyuq fazasi massasining aralashmaning massasiga nisbati namlik darajasi deb ataladi.(1-x):
Doimiy bosimda nam to'yingan bug'ga issiqlik etkazib berish aralashmaning suyuq fazasining bug'ga o'tishiga olib keladi. Bunday holda, aralashmaning harorati (to'yinganligi) barcha suyuqlik bug'ga aylantirilgunga qadar oshirilishi mumkin emas. To'yingan holatda faqat bug 'fazasiga keyingi issiqlik ta'minoti bug' haroratining oshishiga olib keladi.
Berilgan bosimdagi to‘yingan haroratdan yuqori bo‘lgan bug‘ o‘ta qizigan bug‘ deyiladi. Haddan tashqari qizib ketgan bug 'harorati farqi t va bir xil bosimdagi to'yingan bug' t n bug'ning qizib ketish darajasi deyiladi Dt p \u003d t -t n.
Bug'ning qizib ketish darajasining oshishi bilan uning hajmi oshadi, molekulalarning kontsentratsiyasi pasayadi, xususiyatlari bo'yicha u gazlarga yaqinlashadi.
6.2. Fazali diagrammalar P, t-, P, v- va T, H 2 O uchun s
Fazali diagrammalar H 2 O holatini o'zgartirishning turli termodinamik jarayonlarini tahlil qilish uchun keng qo'llaniladi.
P, t- va P, v fazali diagrammalar bilan tanishish uchun o'zgarmas bosim hosil qiluvchi piston ostidagi silindrda (6.1-rasm) boshlang'ich haroratda t 1 muz borligini tasavvur qiling. Tsilindrning devorlari orqali issiqlik Q ta'minlanadi, H 2 O ning isitish va fazaviy o'tish jarayoni t, Q-diagrammada ko'rsatilgan. Muz erish haroratiga qadar isitiladi t pl (jarayon 1a), shundan so'ng muz doimiy haroratda eriydi va suvga aylanadi (aa "), keyin suv qaynash (to'yinganlik) haroratiga t n (a" c) isitiladi. ), keyin bug'lanish jarayoni sodir bo'ladi va suvning quruq to'yingan bug'ga aylanishi (vv "), keyin bug'ni (v" 2) t 2 haroratgacha qizdirish jarayoni sodir bo'ladi.
O'zgarmas bosimda muzdan o'ta qizib ketgan bug' olishning xuddi shunday jarayoni (12) P,t koordinata tizimidagi 6.2-rasmda ko'rsatilgan. Erish (aa") va bug'lanish (vv") jarayonlari doimiy haroratda davom etganligi sababli, rasmda. 6.2 ular a va c nuqtalarida to'planadi. P,t-diagrammada bu nuqtalar ikki fazali aralashmalarning termodinamik muvozanatini xarakterlaydi. Geometrik jihatdan, bu nuqtalarning turli bosimdagi joylashuvi va ularga mos keladigan haroratlar o'zgarishlar o'tish chizig'idir.
AB chizig'i qattiq va suyuq fazalarning fazaviy o'tish chizig'idir. Bu anomal chiziq, chunki Ko'pgina moddalar uchun bosim ortishi bilan erish nuqtasi ham ortadi, suv uchun, aksincha.
AK chizig'i suyuqlik va bug 'fazalarining fazaviy o'tish chizig'i bo'lib, bosim oshishi bilan suv va bug'ning qaynash (to'yinganlik) harorati ham ortadi.
Bosimning pasayishi bilan erish va to'yinganlik harorati o'rtasidagi farq kamayadi va A nuqtada ko'rsatilgan egri chiziqlar yaqinlashadi. Bu A nuqta suvning uchlik nuqtasi deb ataladi; uning koordinatalari jismoniy sharoitlarni belgilaydi(P o u t o) , bunda moddaning barcha uch fazasi termodinamik muvozanatda va bir vaqtning o'zida mavjud bo'lishi mumkin. Suvning uchlik nuqtasi parametrlari: t haqida = 0,01 o C yoki 273,16 K Va R o \u003d 611,2 Pa .
Uch nuqta ostida joylashgan AC egri qattiq va bug 'fazalarining faza o'tish chizig'i va muvozanati, ya'ni. sublimatsiya va desublimatsiya liniyasi. Demak, de jarayoniga mos keladigan bosimda, qattiq faza qizdirilganda (de), c nuqtada, qattiq faza bug '- sublimatsiyaga o'tadi, sovutish paytida (jarayon ed) c nuqtada bug' qattiq moddaga o'tadi. faza - desublimatsiya. Ikkala holatda ham o'tish suyuq fazani chetlab o'tadi.
Fazali o'tish egri chiziqlari P,t diagrammasining butun maydonini uchta zonaga ajratadi: BAC chiziqlarining chap tomonida, qattiq holat zonasi (muz), VA va KA egri chiziqlari orasida, suyuqlik zonasi va o'ngda. CAS ning o'ta qizib ketgan bug' zonasi. Bunda AK chizig`i kritik parametrlar bilan aniqlangan K nuqta bilan tepada tugaydi. Kritik darajadan yuqori bosimlarda suyuqlikning bug'ga ko'rinadigan fazasi yo'q.
Suv kristal fazalarining bir nechta modifikatsiyasiga ega bo'lgan moddalarni anglatadi. Hozirgi vaqtda suv muzining oltita modifikatsiyasi ma'lum. An'anaviy texnik qurilmalarda erishilgan bosimlarda muzning faqat bitta modifikatsiyasi olinadi. Boshqa barcha modifikatsiyalarni yuqori bosimlarda olish mumkin. Bunday moddalar uchun P,t-diagrammasi bir emas, balki bir nechta uch nuqtaga ega, chunki sof moddaning uch fazadan ortiq muvozanat holati mumkin emas. Bunday diagrammaning asosiy uchlik nuqtasi suyuqlik, gazsimon va qattiq fazalardan birining muvozanati sodir bo'ladigan nuqtadir (A nuqta, 6.2-rasm).
Hajmi o'zgarishining normal naqshiga ega bo'lgan moddalar uchun(bularga tabiatda topilgan ko'pgina moddalar kiradi, lekin suv ulardan biri emas.) doimiy bosimda, harorat oshishi bilan hajm doimiy ravishda oshadi. Bunday moddalar uchun P=const da qattiq fazaning hajmi suyuqlik hajmidan, suyuqlik hajmi esa bug` hajmidan kichik bo`ladi. Bunday holda, fazaga o'tish paytida tovush o'zgarishini rasmda ko'rsatish mumkin. 6.3.
1-nuqtada - hajmi v 1 bo'lgan qattiq faza, a nuqtasida - erish haroratidagi qattiq faza hajmi v t p, "a" nuqtasida - erish haroratidagi suyuq faza hajmi v l p, c nuqtasida -. v hajmli haroratda to'yingan (qaynayotgan) suyuqlik fazasi, "c" nuqtasida - to'yinganlik harorati v hajmi bilan bug', 2 nuqtada - hajmi v 2 bo'lgan o'ta qizdirilgan bug '. Hajmlar nisbati v 2 >v">v">v f p >v t p >v 1, ya'ni. v 2 - bug'dan v 1 - qattiq fazagacha bo'lgan hajmning normal muntazam pasayishi kuzatiladi.
Bu qonuniyatga muvofiq R,v uchun fazaviy diagrammani qurish mumkin normal masala(6.4-rasm). Bu turli xil doimiy bosimlarda 12-jarayonga (6.3-rasm) o'xshash tajribalar o'tkazish orqali amalga oshiriladi, buning natijasida P, v-diagrammadagi (6.4-rasm) normal modda uchun faza o'tish chiziqlari olinadi: DC - erish haroratida qattiq faza; AE - erish nuqtasida suyuqlik; AK - to'yingan haroratdagi suyuqlik (qaynoq nuqtasi, x=0); KL – quruq to‘yingan bug‘ (x=1), VS – sublimatsiya temperaturasidagi qattiq faza.
SVD chizig'ining chap tomonida qattiq holat mintaqasi joylashgan; VD va AE chiziqlari orasida - qattiq faza + suyuqlik; AE va AK chiziqlari orasida - suyuqlik maydoni; AK va KN chiziqlari orasida - suyuqlik + bug '; CB, BN va NL qatorlari orasida - qattiq + bug '; KL chizig'ining o'ng tomonida bug 'fazasi hududi joylashgan. BAN gorizontali P,t-diagrammadagi oddiy materiyaning uchlik nuqtasiga mos keladi.
T,s fazali diagrammasi P,v diagrammasiga o'xshaydi normal masala(6.5-rasm). Bu erda, DBC chizig'ining chap tomonida qattiq faza, BD va AE chiziqlari orasida ikki fazali holat, qattiq + suyuq, AE va AK o'rtasida - suyuq faza, BC va NL o'rtasida - ikki fazali holat, qattiq + bug '; KL liniyasining o'ng tomonida - o'ta qizdirilgan bug '; AK va KN o'rtasida - ikki fazali holat suyuqlik + bug ' to'yingan holatda (ho'l to'yingan bug').
Ushbu faza diagrammalarini suvga to'liq kengaytirib bo'lmaydi. Suv– anomal modda uning suyuqlikdan qattiq holatga izobarik o'tishida suvning solishtirma hajmi ortadi (muz suv yuzasida suzadi). Shuning uchun, P, v-diagrammada, ikki fazali holatning maydoni muz + suyuqlik qisman nam bug 'va suyuqlik zonasiga o'rnatiladi.
Shaklda. 6.6 past haroratlarda qattiq fazaning suyuq fazaga o'tish zonasidagi suv uchun P,v faza diagrammasi mintaqasining bir qismini kattalashtirilgan shkalada ko'rsatadi. Bu erda ABN gorizontal chizig'i P,t-diagrammadagi suvning uchlik nuqtasiga mos keladigan izotermadir. AE vertikali suyuqlik uchun uch nuqta haroratiga mos keladigan izoterm, BD vertikali esa bir xil muz izotermasi. Ularning o'rtasida ikki fazali holat zonasi mavjud suyuqlik + muz.
AMNL egri chizig'i to'yinganlik haroratida (x=0) suyuqlik chizig'ini ifodalaydi. Bosim va haroratning oshishi bilan, suvning uch nuqtasi A qiymatidan boshlab, qaynoq suvning o'ziga xos hajmi birinchi navbatda pasayadi, M nuqtasida minimal darajaga etadi (taxminan 4 ° C va 800 Pa) va bosim va haroratning yanada oshishi, qaynoq suvning o'ziga xos hajmi doimiy ravishda oshib boradi. Taxminan 8 ° C haroratda (N nuqtasi) A nuqtasida ma'lum hajmga etadi va suyuqlikning ikkita izotermasi (0 va 8 ° C) vertikal NEga to'g'ri keladi. Xuddi shunday, MN chizig'idan yuqorida vertikallar suvning suyuq fazasining ikkita izotermasiga to'g'ri keladi. Yuqorida aytib o'tilganidek, suyuqlik yomon siqiladigan fazadir, shuning uchun suv mintaqasida izotermlar deyarli vertikal tekis chiziqlardir.
Suvning qattiq fazasi ham yomon siqiladi; P,v-diagrammadagi muz uchun izotermalar amalda to'g'ri vertikal chiziqlardir. Bundan tashqari, 0 ° C da qattiq fazaning hajmi 0 ° C dan past haroratlarda erish holatidagi muz hajmiga va 0 ° C da suyuq fazaning hajmi suyuqlik hajmiga yaqin. salbiy haroratlarda to'yinganlik holatida. Muzning erish nuqtasi o'zgarishining bosimga bog'liqligi to'yinganlik haroratining bosimga o'zgarishiga nisbatan zaif ifodalanadi, shuning uchun -20 ° C da muz 187,3 MPa bosimda eriydi va +20 ° C da suv qaynaydi. bosim 2,33 kPa. Yuqorida aytilganlarning barchasi suyuqlik uchun 0 ° C izotermiyalarni - chiziq AE - va erish holatidagi muzni - P, v diagrammasidagi BD - suyuqlik fazasi, ikki fazali holat o'rtasidagi chegara egri chiziqlari sifatida qabul qilish imkonini beradi. muz + suyuqlik va qattiq faza suvning uch nuqtali bosimidan yuqori bo'lgan barcha bosimlar uchun. Bunday holda, 0 ° C dan past harorat oralig'ida qattiq faza BD chizig'ining chap tomonida, suyuq faza esa AE chizig'ining chap tomonida bo'ladi, chunki harorat pasayganda, suyuq va qattiq fazalarning hajmi kamayadi va muzning erish bosimi suvning uch nuqtasi bosimidan kattaroqdir. Biroq, amalda qo'llaniladigan bosim doirasidagi bu og'ishlar juda kichikdir.
Muzning to'g'ridan-to'g'ri bug'ga fazali o'tish chizig'i (sublimatsiya chizig'i) uch nuqta bosimidan past bosimlarda joylashgan - BC chizig'i. Bu chiziqda bosimning pasayishi bilan muzning harorati va uning hajmi kamayadi. Miloddan avvalgi chiziqning chap tomonida faqat qattiq faza, o'ngda - qattiq + bug '.
Natijada, suv uchun P, v fazali diagrammasi shaklda ko'rsatilgan shaklga ega. 6.7, a. Bu erda CBD chizig'ining chap tomonida suvning qattiq fazasi, AK chizig'ining chap tomonida suvning suyuq fazasi va EABD chiziqlari orasida ikki fazali holat joylashgan. suyuqlik + muz, CBNL chiziqlari orasida - ikki fazali holat muz + bug ', KL chizig'idan yuqorida - qizib ketgan bug '. Suvning anomal xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, P, v diagrammasida suvning turli fazali holatlari maydonlarining bir-biriga mos kelishi mavjud: ikki fazali holatning maydoni. muz + suyuqlik EABD EAMD suyuqlik mintaqasiga va ikki fazali holat mintaqasiga o'rnatiladi suyuqlik + bug ' AMBA, qo'shimcha ravishda, BD chizig'ining chap tomonida qattiq faza maydonida qoplama mavjud. Shuni ta'kidlash kerakki, ushbu hududlarning tasviri shakl. 6.7, lekin aniqroq bo'lishi uchun kengaytirilgan, o'lchovga emas. Haqiqatda, suyuqlik va muzning hajmi A va B nuqtalariga qaraganda ancha kichik; shu bilan birga, haroratning pasayishi va bosimning oshishi bilan bu faza holatlarining hajmi kamayadi, ya'ni. AE chizig'ining chap tomonida suyuqlik mintaqasi bosimning oshishi bilan ortadi va AE chizig'ining chap tomonida joylashgan qattiq faza salbiy haroratlarda suvning suyuq fazasining chap tomonida joylasha olmaydi.
P, v-diagrammadagi suvning turli fazalarining superpozitsiyasini rasmda ko'rsatish uchun. 6.7, a, b harorat (t> t o) va undan kichik (t) dan katta bo'lgan ikkita izotermani (chiziq chiziqlar) ko'rsatadi. Izoterm 1234 0 ° C dan past haroratga ega va P, v-diagrammada suyuqlik mintaqasida 12-qatorda, 22-qatorda - ikki fazali holat mintaqasida o'tadi. suyuqlik + muz, 2-qatorda "3" - muz maydonida, 33-qatorda - ikki fazali holat hududida muz + bug ', 3-qatorda "4 - o'ta qizib ketgan bug 'sohasida. Izoterm 567 0 ° C dan yuqori haroratga ega va P, v-diagrammasi suyuqlik mintaqasida 56-qatorda, 66-qatorda "ikki fazali holat mintaqasida" o'tadi. suyuqlik + bug ', 6 "7-qatorda - qizib ketgan bug 'sohasida. P,v-diagrammadagi bu izotermalarning kesishish nuqtalari suvning turli faza holatlarining bir-birining ustiga superpozitsiyasini bildiradi. Ushbu nuqtalarda bu faza holatlari bir xil bosim va turli haroratlarda bir xil o'ziga xos hajmlarga ega. Demak, 56-izotermada suyuqlik bir xil o'ziga xos hajmga ega suyuqlik + muz 22" izotermadagi nuqtalardan biri bilan, 2" 3 izotermasidagi muz esa bir xil hajmga ega. suyuqlik + bug ' 66" izotermasidagi nuqtalardan biridan. Suvning faza T,s-diagrammasini qurishda to‘yingan (x) holatidagi suyuqlik uchun suvning uchlik nuqtasi (t o =0,01 o C va P o =611,2 Pa) parametrlarida entropiya mos yozuvlar nuqtasi tanlanadi. =0). Kelajakda suvning uch nuqtasi haroratining 0 ° C dan kichik farqi tufayli, asosan, nol daraja Selsiy qiymatidan foydalaniladi (bu suvning uch nuqtasi haroratini anglatadi). Har xil bosimlar uchun 0 ° C haroratda suvning suyuq fazasining entropiyalari (suvning uch nuqtasi bosimidan va undan ko'p) nolga yaqin deyarli bir xil raqamli qiymatlarga ega bo'ladi. Suvning suyuq fazasi entropiyalarining 0 ° C va turli bosimlarda tengligi suvning suyuq fazasining yomon siqilishi bilan izohlanadi. Entropiya, har qanday holat parametri kabi, ikkita mustaqil holat parametrlari bilan aniqlanganligi sababli, 0 ° C izotermasidagi haroratlar va suyuqlikning o'ziga xos hajmlari tengligi ushbu nuqtalardagi enropiyalarning tengligiga mos keladi. Bu nuqtalarda raqamli entropiya qiymatlarining noldan og'ishlari 1 kJ/(kg·K) ning mingdan bir qismini tashkil qiladi. Yuqorida aytilganlarga asoslanib, T, s-diagrammadagi 0 o C suvning suyuq fazasining izotermasi A nuqtani ifodalaydi (6.8-rasm, a). Muz erishining o'ziga xos issiqligi ijobiy qiymatdir, shuning uchun 0 ° C da u 335 kJ / kg ni tashkil qiladi, shuning uchun suvning uch nuqtasining harorati va bosimidagi qattiq fazaga mos keladigan B nuqtasi chap tomonda bo'ladi. A nuqtadan, ya'ni. entropiyaning manfiy qiymati bilan. Suvning anomal xossalari suyuqlik, qattiq va muvozanatli ikki fazali hududlarda normal modda uchun T,s diagrammasiga nisbatan uning faza diagrammasi T,s tabiatini o'zgartiradi. qattiq + suyuq Va qattiq + bug ' davlatlar. Birinchidan, bu joylar suvning uch nuqtali izotermasi ostida bo'ladi muz faqat 0 o C dan past (yoki unga teng) haroratlarda mavjud bo'lishi mumkin. Ikkinchidan, ular qattiq va bug 'fazalari bir vaqtning o'zida joylashgan sublimatsiya hududiga qo'shiladi. Suvning suyuq fazasi 0 ° C dan past haroratlarda ham bo'lishi mumkin, ya'ni. bu haroratlarda suyuqlik fazasi mintaqasining T, s-diagrammasida yana ikki fazali holatlar mintaqasida qoplama paydo bo'ladi. suyuqlik + muz Va bug + muz. Muz erishining musbat solishtirma issiqligi va muzdan suyuqlikka fazaga o‘tishdagi manfiy (selsiy bo‘yicha) haroratlar fazaviy o‘tishlarning chegara chiziqlarining joylashishini tushuntiradi: BC - sublimatsiya chizig‘i, AE - erish haroratidagi suyuqlik chizig‘i; BD - erish haroratidagi muz chizig'i (.6.8-rasm, a). Bu mintaqadagi fazali o'tish chiziqlarining tabiati suyuqlik va muzning izobar issiqlik sig'imining bosimga bog'liqligi bilan izohlanadi (T, s diagrammasidagi issiqlik sig'imi past bo'lgan chiziqlar yuqori issiqlik sig'imi bo'lgan chiziqlarga qaraganda tikroq). BC sublimatsiya chizig'i HP chizig'iga qaraganda tekisroqdir, chunki muzning izobar issiqlik sig'imi bosimning pasayishi bilan ortadi va bir xil haroratlarda BC chizig'idagi bosim HP chizig'idagi bosimdan kamroq bo'ladi. O'z navbatida, VD chizig'i AE chizig'iga qaraganda tikroqdir, chunki bir xil haroratlarda muzning izobar issiqlik sig'imi suyuqlikning issiqlik sig'imidan kamroq bo'ladi. Suv uchun faza T,s-diagrammasi rasmda keltirilgan. 6.8, a. KAE chizig'ining chap tomonida suvning suyuq fazasi maydoni, DBAE chiziqlari orasida - ikki fazali holat maydoni bo'ladi. suyuqlik + muz, BD haqida T chiziqlari orasida - qattiq faza maydoni, CBNL chiziqlari orasida - maydon qattiq faza + bug ', KL chizig'idan yuqorida o'ta qizib ketgan bug'ning maydoni mavjud. Ikki fazali davlat hududi suyuqlik + muz DBAE ikki fazali holat maydoniga o'rnatiladi muz + bug ' CBNL. O'z navbatida, ikki fazali davlat mintaqasida bug + muz CBNL CBD muz mintaqasini qoplaydi. Bundan tashqari, muz va ikki fazali davlatlar mintaqasida muz + bug ' Va suyuqlik + muz suyuqlikning AE chizig'ining chap tomoniga o'rnatilgan maydoni. BD chizig'ida muzning erish holatidagi maydoni, AE chizig'ida - erish haroratidagi suyuqliklar, BC chizig'ida - sublimatsiya maydoni, muz va muz orasidagi chegara mavjud. parom+muz, AK chizig'ida - suyuqlikning to'yingan holatidagi maydoni, KL chizig'ida - quruq to'yingan bug '. T, s-diagrammadagi suvning fazaviy o'zgarishlarini tasavvur qilish uchun rasm. 2.8 va nuqta chiziqda bosim (P> P o) dan katta va undan kichik (P) bo'lgan izobarlar ko'rsatilgan.<Р o), чем давление в тройной точке воды. Те же изобары показаны на рис. 6.8, б в Р,t- диаграмме. Kelajakda asosiy e'tibor 0 ° C dan yuqori yoki unga teng bo'lgan haroratlarda suvning suyuqlik va bug 'fazalarining xususiyatlariga qaratiladi. Shuning uchun faza diagrammalarida biz faqat ushbu maydonlarni tasvirlaymiz, ya'ni. amalda bu A nuqtasi orqali chizilgan vertikalga nisbatan o'ng tomondir. Bu holda P, v-diagrammada suyuqlik mintaqasidagi 0 ° C izotermasi suyuqlik fazasining chap chegarasi egri chizig'i sifatida qaralishi mumkin. , beri deyarli vertikal. T,s-diagrammada entropiya mos yozuvlar nuqtasi sifatida suvning suyuq fazasining uchlik nuqtasi parametrlari olinadi. 0 o C da suvning suyuq fazasining hajmi amalda uning uchlik nuqtasidagi hajmiga teng va suvning uchlik nuqtasining harorati 0 o C ga juda yaqin bo lgani uchun bu ikki parametrning doimiyligi Har xil bosimdagi suvning suyuq fazasi entropiyasining doimiy qiymati va t = 0 o C Shunday qilib, suvning suyuq fazasi sohasidagi barcha izobarlar T, s-diagrammadagi A nuqtadan chiqadi. Shunday qilib, P, v-diagrammadagi suvning suyuq va bug 'fazalari uchun asosiy chiziqlar va jarayonlar rasmda ko'rsatilishi mumkin. 6.9. Bu erda suyuqlik mintaqasidagi (12) kritik osti izotermalar chapga biroz siljish bilan vertikal to'g'ri chiziqlarga yaqin joylashgan. Ho'l bug' mintaqasida (23) izoterm to'yinganlik izobariga to'g'ri keladi. O'ta qizib ketgan bug' (34) hududida izoterm pastga tomon qavariq egri chiziqni ifodalaydi. Kritik izoterma kritik nuqtada burilish nuqtasiga ega. t > t cr da izotermalarda yuqori haroratda yo‘qolib ketadigan burilish nuqtasi ham bo‘lishi mumkin. Doimiy entropiyalar chiziqlari pastga qarab qavariq egri chiziqlardir. Bundan tashqari, chiziqlar s< s кр пересекают только линию x = 0, а линии s >s cr faqat x = 1 chiziq bilan kesishadi. X=const chiziqlarni qurish segmentlar nisbatiga mos keladi: Suyuqlikning o'ziga xos hajmi quruq to'yingan bug'ning o'ziga xos hajmidan juda farq qiladi. Shunday qilib, suvning uch nuqtasida suyuqlik (A nuqtasi) v o "= 0,00100022 m 3 / kg, bug' esa - v o" = 206,175 m 3 / kg, kritik nuqtada v cr = 0,003147 m 3 / kg. 1 bar bosimda v"=0,0010434 m 3 /kg va v"=1,6946 m 3 /kg. Natijada, x=0 chizig'i x=1 chizig'idan keskinroq. Asosiy jarayonlar va parametrlarning chiziqlari chizilgan suvning suyuq va bug 'fazalari uchun T, s-diagrammaning tasviri suvning suyuqlik va bug' fazalarining termodinamik xususiyatlarini batafsil o'rgangandan so'ng beriladi. Haqiqiy gaz va suyuqlik holati orasidagi moddaning oraliq holati odatda deyiladi bug'li yoki oddiygina parom. Suyuqlikning bug'ga aylanishi fazali o'tish bir agregat holatidan ikkinchisiga o'tish. Fazali o'tish jarayonida moddaning fizik xususiyatlarining keskin o'zgarishi kuzatiladi. Bunday fazaviy o'tishlarga jarayon misol bo'la oladi qaynash bilan suyuqliklar nam to'yingan bug ' va keyinchalik uning namliksiz o'tishi quruq to'yingan bug ' yoki teskari qaynatish jarayoni kondensatsiya to'yingan bug '. Quruq to'yingan bug'ning asosiy xususiyatlaridan biri shundan iboratki, unga issiqlikni keyingi etkazib berish bug'ning haroratining oshishiga olib keladi, ya'ni uning o'ta qizib ketgan bug' holatiga o'tishi va issiqlikning olib tashlanishi bug 'haroratining oshishiga olib keladi. ho'l to'yingan bug'ning holati. IN Shakl 1. T, s koordinatalarida suv bug'ining faza diagrammasi.
MintaqaI- gazsimon holat (haqiqiy gazning xususiyatlariga ega bo'lgan o'ta qizib ketgan bug'); MintaqaII– suv va to‘yingan suv bug‘ining muvozanat holati (ikki fazali holat). II hudud bug'lanish hududi deb ham ataladi; MintaqaIII- suyuq holat (suv). III hudud EK izotermasi bilan chegaralangan; MintaqaIV– qattiq va suyuq fazalarning muvozanat holati; MintaqaV- qattiq holat; III, II va I hududlar ajratilgan chegara chiziqlari AK (chap chiziq) va KD (o'ng chiziq). AK va KD chegara chiziqlari uchun umumiy K nuqta maxsus xususiyatlarga ega va deyiladi tanqidiy nuqta. Bu nuqta parametrlarga ega pkr,
vkr Va T cr, bunda qaynoq suv ikki fazali hududni chetlab o'tib, qizib ketgan bug'ga o'tadi. Shuning uchun suv Tcr dan yuqori haroratlarda mavjud bo'lolmaydi. Kritik nuqta K parametrlarga ega: pkr= 22,136 MPa; vkr\u003d 0,00326 m 3 / kg; tkr\u003d 374,15 ° S. Qiymatlar p, t, v Va s ikkala chegara chizig'i uchun suv bug'ining termodinamik xususiyatlarining maxsus jadvallarida keltirilgan. 2 va 3-rasmlarda suvni qaynaguncha qizdirish, bug'ning bug'lanishi va qizib ketishi jarayonlari ko'rsatilgan. p,v- Va T, s- diagrammalar. Bosim ostida suyuq suvning dastlabki holati p 0 va 0 ° C haroratga ega, diagrammalarda tasvirlangan p,v Va T, s nuqta A. Issiqlik bilan ta'minlanganda p= const uning harorati ortadi va solishtirma hajmi ortadi. Bir nuqtada suvning harorati qaynash nuqtasiga etadi. Bunday holda, uning holati nuqta bilan ko'rsatiladi b. Issiqlikning keyingi ta'minoti bilan bug'lanish hajmning kuchli o'sishi bilan boshlanadi. Bunday holda, ikki fazali vosita hosil bo'ladi - suv va bug 'aralashmasi, deyiladi nam to'yingan bug '. Aralashmaning harorati o'zgarmaydi, chunki issiqlik suyuqlik fazasining bug'lanishiga sarflanadi. Ushbu bosqichda bug'lanish jarayoni izobarik-izotermik bo'lib, diagrammada bo'lim sifatida ko'rsatilgan. miloddan avvalgi. Keyin, bir vaqtning o'zida, barcha suv bug'ga aylanadi, chaqiriladi quruq to'yingan. Ushbu holat diagrammada nuqta bilan ko'rsatilgan. c. Shakl 2. Suv va bug 'uchun P, v diagrammasi. Shakl 3. Suv va bug 'uchun T, s diagrammasi. Issiqlikning keyingi ta'minoti bilan bug'ning harorati oshadi va bug'ning haddan tashqari qizishi jarayoni davom etadi. c - d. nuqta d haddan tashqari qizib ketgan bug'ning holatini ko'rsatadi. Nuqta masofasi d nuqtadan Bilan o'ta qizib ketgan bug' haroratiga bog'liq. Suv va bug'ning turli holatiga bog'liq miqdorlarni belgilash uchun indekslash: Yuqori bosimdagi bug'lanish jarayoni p1 > p0 nuqta ekanligini ta’kidlash mumkin a, 0 ° C haroratda va yangi bosimdagi suvning dastlabki holatini ifodalovchi, deyarli bir xil vertikalda qoladi, chunki suvning o'ziga xos hajmi bosimdan deyarli mustaqildir. Nuqta b(to'yinganlik haroratidagi suvning holati) tomonidan o'ngga siljiydi p,v-chart va yuqoriga ko'tariladi T,s-diagramma. Buning sababi shundaki, bosim ortishi bilan to'yinganlik harorati va shuning uchun suvning o'ziga xos hajmi oshadi. Nuqta c'(quruq to'yingan bug'ning holati) chapga siljiydi, chunki bosim ortishi bilan haroratning oshishiga qaramay, bug'ning solishtirma hajmi kamayadi. Bir nechta nuqtalarni ulash b Va c turli bosimlarda pastki va yuqori chegara egri chiziqlarini beradi ak Va kc. Kimdan p,v-diagramma shuni ko'rsatadiki, bosim ortishi bilan ma'lum hajmlardagi farq v″ Va v' kamayadi va ba'zi bosimlarda nolga teng bo'ladi. Kritik nuqta deb ataladigan bu nuqtada chegara egri chiziqlari yaqinlashadi ak Va kc. Nuqtaga mos keladigan holat k, deyiladi tanqidiy. U bilan birga bug 'va suv bir xil o'ziga xos hajmlarga ega bo'lishi va bir-biridan xossalari bilan farq qilmasligi bilan tavsiflanadi. Egri chiziqli uchburchakda joylashgan hudud bkc(V p,v-diagramma), nam to'yingan bug'ga mos keladi. O'ta qizib ketgan bug'ning holati yuqori chegara egri chizig'idan yuqorida joylashgan nuqtalar bilan ifodalanadi kc. Yoniq T, s- diagramma maydoni 0 abs suyuq suvni to'yingan haroratgacha qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdoriga mos keladi. Berilgan issiqlik miqdori, J / kg, bug'lanish issiqligiga teng r, maydoni bilan ifodalanadi s'bcs, va u quyidagi munosabatga ega: r = T(s″ - s').
Suv bug'ining haddan tashqari qizishi jarayonida berilgan issiqlik miqdori maydon bilan ifodalanadi s″ CD lar. Yoniq T, s- diagramma shuni ko'rsatadiki, bosim ortishi bilan bug'lanish issiqligi pasayadi va kritik nuqtada nolga teng bo'ladi. Odatda T, s-diagramma nazariy tadqiqotlarda qo'llaniladi, chunki uning amaliy qo'llanilishi issiqlik miqdori egri chiziqli figuralarning maydonlari bilan ifodalanishi bilan katta to'sqinlik qiladi. Termodinamikadan ma’ruza matnlari va “Energiya asoslari” darsligi materiallari asosida. Muallif G. F. Bystritskiy. 2-nashr, rev. va qo'shimcha - M .: KNORUS, 2011. - 352 b.
Suvning fazali holatlari
Suvdan suv bug'ini olish jarayoni
