Фазалар тепе-тењдігі
Бір компонентті жүйелердің күй диаграммасы
жүктеу/скачать 2,62 Mb.
|
Лекции № 11-13 Гетерогенді тепе-теңдік термо-сы
- Бұл бет үшін навигация:
- Фигуратив нүкте
- Судың күй диаграммасы
| Бір компонентті жүйелердің күй диаграммасы
Бір компонентті жүйелердің фазалық күйін анықтайтын параметрлер: қысым, температура және көлем. Бұл параметрлердің мәндерін координата осьтеріне (х, у, z осьтері) салсақ жүйенің күйін көрсететін көлемдік диаграмманы аламыз. Бірақ көлемдік диаграммаларды тұрғызу және оларды практикада пайдалану қолайсыз. Сол себепті бір компонентті жүйенің күйін көрсету үшін көбінесе жазық диаграммалар қолданылады. Жазық диаграмма көлемдік диаграмманың Р-Т жазықтығына түсірілген проекциясы болып табылады. Жазық диаграммаларда жүйенің фазалық күйін анықтайтын параметрлер қысым мен температура, ал жүйенің көлемі – олардың функциясы. Күй диаграммасында әрбір фазаға және бірнеше фазалардың жиынтығына белгілі бір геометриялық бейне (жазықтық, сызық, нүкте) сәйкес келеді. Бір компонентті жүйелердің күй диаграммасында жүйенің бір фазалық күйі жазықтықпен, екі фазалық күйі сызықпен, үш фазалық күйі нүктемен анықталады. Жазықтықтар мен сызықтар – жүйенің фигуратив нүктелерінің орны. Фигуратив нүкте деп қысым мен температура мәндерінің түйіскен нүктелерін айтады. Күй диаграммаларынан жүйеде неше фаза болатынын, фазалардың химиялық табиғатын және олардың бір-біріне айналу шектерін көруге болады. Судың күй диаграммасы. Су күйінің төмен қысымдағы жазық диаграммасы 27-суретте берілген. 27-сурет
Су диаграммасының көптеген басқа сұйықтықтардың диаграммасының ең басты айырмашылығы ОВ қисығының (балқу қисығы) қысым осіне (Р-осі) көлбеу жатуында. Оның себебі мұз балқығанда оның сұйық күйдегі көлемі мұз күйіндегіден аз болатындықтан Клапейрон-Клаузиус теңдеуіндегі туынды (қысым жоғарылаған сайын балқу температурасы төмендейді). Судың фазалық диаграммасын Гиббстің фазалар ережесі тұрғысынан қарастырайық. Диаграммадағы ОА, ОВ және ОС қисықтарында жүйенің варианттығы бірге тең (моновариантты): Е=К-Ф+2=1-2+2=1. Бұл қисықтар бойымен температура (не қысым) өзгергенімен жүйедегі екі фазалық тепе-теңдік (фазалар саны) бұзылмайды. Қисықтар бойымен температураны өзгертсек қысым оған тәуелді түрде өзінен-өзі өзгереді, ал егер қысымды өзгертсек, оған тәуелді түрде температура өзгереді. Сөйтіп жүйенің екі фазалық күйі әрқашан сақталып отырады. Бұл кезде тәуелсіз өзгеретін параметрлердің саны біреу ғана. Мысалы, ОС қисығындағы а нүктесінде қысымды немесе температураны өзгертсек, (әрине белгілі бір щекке дейін ғана) нүкте қисық бойымен не жоғары, не төмен жылжып, сұйық су мен будың тепе-теңдігі бұзылмайды. Диаграмма жазықтықтарында (бір фазалы бөліктерде) жүйе дивариантты: Е=К-Ф+2=1-1+2=2. Демек, жүйенің фазалық күйін сақтай отырып өзгертуге болатын тәуелсіз параметрлердің саны екіге тең, олар Р және Т. Мысалы, мұз фазасы жазықтығындағы b нүктесі үшін қысымды да, температураны да бір-біріне тәуелсіз өзгертсек b нүктесі кез-келген бағытқа жылжиды. Қай бағытпен жылжыса да бұл нүкте мұз жазықтығында жатады, яғни жүйенің фазалық күйі өзгермейді. Бірақта тәуелсіз параметрлерді белгілі бір шекке дейін ғана өзгертуге болады. Мысалы, мұзды әрі қарай қыздырып қысымын да арттыра берсек мұз балқып қатты фазамен қатар сұйық фаза пайда болады (b нүктесі ОВ қисығының үстіне түсіп жүйе бір фазалы күйден екі фазалы күйге айналады). Сол сияқты, сұйық судың немесе будың қысымы мен температурасын белгілі бір шектен артық өзгертсек су мұзға, не буға айналады, бу конденсацияланып суға н сублимацияланып мұзға айналады. Диаграмманың үштік нүктесінде (О нүктесі) жүйе инвариантты: Е=1-3+2=0. Үштік нүктедегі қысым мен температураның мәндерін өзгертуге болмайды, олардың өзгерісі жүйені үш фазалық күйден екі немесе бір фазалы күйге көшіреді. Тұрақты қысымда температураның өсуі немесе тұрақты температурада қысымның төмендеуі жүйені буға, ал тұрақты температурада қысымның жоғарылауы сұйық суға айналдырады. Диаграммадағы ОС қисығын С нүктесінен әрі қарай созуға болмайды, өйткені С нүктесінде (кризистік нүкте) су түгелімен буға айналады. Бұл қисықтың мұз жазықтығына қарай созындысы (ОД қисығы) аса суыған судың буымен тепе-теңдігін көрсетеді. Аса суыған су метастабильді (тұрақсыз) күйде болады, себебі оның қаныққан бу қысымы (химиялық потенциалы, µ1) мұздың бу қысымынан (химиялық потенциалынан, µ2) жоғары, яғни µ1> µ2, сондықтан аса суыған су сыртқы жағдайлардың болымсыз өзгерісінде лезде мұзға айналып кетеді. ОА қисығын О нүктесінен әрі қарай созу мүмкін емес (себебі қатты заттар өзінің балқу температурасында сұйыққа айналады, яғни олардың қатты күйін сақтай отырып аса қыздыруға болмайды). 28-суретте қысымның жоғары мәндеріндегі су күйінің кеңістіктік және жазық диаграммалары берілген. Жоғары қысым мен төмен температураларда су тек мұз күйінде және мұздың әртүрлі полиморфты модификациялары т.үрінде болады. Орташа қысымда су кәдімгі мұз түрінде (модификация 1), ал қысым жоғарылаған сайын мұздың ІІ, ІІІ, V, VI және VII модификациялары түрінде болады. Мұздың IV модификациясы метастабильді күйде болатындықтан диаграммада көрсетілмеген. Ал, 28 а-суретте мұздың І, ІІ, ІІІ, V, VI модификациялары мен сұйық суға белгілі бір беттер сәйкес келіп тұр. Жүйенің екі фазалық күйлерін диаграмманың штрихталған беттері көрсетеді: «Мұз І↔мұз ІІІ, мұз ІІІ↔су», Мұз ІІ↔мұз ІІІ», т.с.с. Су күйінің диаграммасы 40000 атм. дейін зерттелген. Бұл қысымда сұйық су мен мұздың VII модификациясы 2000-де тепе-теңдікте болады (28, б-сурет). 28а-сурет 28б-сурет Мұздың ІІ, ІІІ, V, және VI модификацияларының тығыздығы сұйық судың тығыздығынан артық болатындықтан олардың балқу қисықтары оңға қарай көлбеу жатады, яғни қысым өскен сайын балқу температуралары жоғарылайды (dP/dT>0). Ал кәдімгі мұздың (І модификация) тығыздығы судың тығыздығынан аз болатындықтан оның балқу қисығы солға қарай көлбеу болатынын жоғарыда көрдік (27-суретті қара). Гиббстің фазалар ережесі бойынша бір компонентті жүйелерде тепе-теңдікте үштен артық фаза болмайтынын су күйінің жоғары қысымдағы диаграммасы да көрсетеді: бұл диаграммалларда бірнеше үштік нүктелер бар: су↔мұз І↔мұз ІІІ», мұз І↔мұз ІІ↔мұз ІІІ», мұз ІІІ↔мұз ІІ↔мұз V», мұз V↔ мұз VІ↔су», т.с.с. жүктеу/скачать 2,62 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|