Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Термодинамічна фаза


Thermodynamics navigation image.svg

План:


Введення

Фазові переходи
Thermodynamics navigation image.svg
Стаття є частиною серії " Термодинаміка ".
Поняття фази
Рівновага фаз
Квантовий фазовий перехід
Розділи термодинаміки
Почала термодинаміки
Рівняння стану
Термодинамічні величини
Термодинамічні потенціали
Термодинамічні цикли
Фазові переходи
правити
Див також "Фізичний портал"

Термодинамічна фаза - термодинамічно однорідна за складом і властивостями частина термодинамічної системи, відокремлена від інших фаз поверхнями розділу, на яких стрибком змінюються деякі властивості системи. Інше визначення: Фаза - гомогенна частина гетерогенної системи. В однокомпонентної системі різні фази можуть бути представлені різними агрегатними станами або різними поліморфними модифікаціями речовини. В багатокомпонентної системі фази можуть мати різний склад і структуру.


1. Основні поняття

Газ завжди складається з однієї фази, рідина може складатися з декількох рідких фаз різного складу ( Ліквація, рідинна несмешиваемость), але двох різних рідин одного складу в рівновазі співіснувати не може. Речовина у твердому стані може складатися з декількох фаз, причому деякі з них можуть мати однаковий склад, але різну структуру ( поліморфні модифікації, аллотропия).

Різні фази володіють різними варіантами упаковки молекул (для кристалічних фаз, різними кристалічними гратами), і, отже, своїми характерними значеннями коефіцієнта стисливості, коефіцієнта теплового розширення і іншими характеристиками. Крім того, різні фази можуть мати різні електричними (сегнетоелектрики), магнітними (феромагнетики), і оптичними властивостями (наприклад, твердий кисень).


2. Термодинамічні фази на фазовій діаграмі

Типові види фазових діаграм. Зелена лінія з точок показує аномальну поведінку води

На фазової діаграмі речовини різні термодинамічні фази займають певні області. Лінії, що розділяють різні термодинамічні фази, називаються лініями фазового переходу. Якщо речовина знаходиться в умовах, що відповідають точці всередині якої-небудь області, то воно повністю знаходиться в цій термодинамічній фазі. Якщо ж стан речовини відповідає точці на одній з ліній фазових переходів, то речовина в термодинамічній рівновазі може знаходитися частково в одній, а частково в іншій фазі. Пропорція двох фаз визначається, як правило, повною енергією, запасеної системою.

При повільному зміні тиску або температури речовина описується рухається точкою на фазової діаграмі. Якщо ця точка в своєму русі перетинає одну з ліній, що розділяють термодинамічні фази, відбувається фазовий перехід, при якому фізичні властивості речовини міняються стрибкоподібно.

Не всі фази повністю відокремлені один від одного лінією фазового переходу. У деяких випадках ця лінія може обриватися, закінчуючись критичною точкою. В цьому випадку можливий поступовий, а не стрибкоподібний перехід з однієї фази в іншу, в обхід лінії фазових переходів.

Точка на фазовій діаграмі, де сходяться три лінії фазових переходів, називається потрійний точкою. Зазвичай під потрійною точкою речовини мається на увазі окремий випадок, коли сходяться лінії плавлення, кипіння і сублімації, проте на достатньо багатих фазових діаграмах може бути декілька потрійних точок. Речовина в потрійній точці в стані термодинамічної рівноваги може частково знаходитися у всіх трьох фазах. На багатовимірних фазових діаграмах (тобто якщо окрім температури і тиску присутні інші інтенсивні величини) можуть існувати четверні і т. д. точки.


3. Термодинамічні фази і агрегатні стани речовини

Набір термодинамічних фаз речовини звичайно значно багатший набору агрегатних станів, тобто один і той же агрегатний стан речовини може знаходитися в різних термодинамічних фазах. Саме тому опис речовини в термінах агрегатних станів досить огрублене, і воно не може розрізнити деякі фізичні різні ситуації.

Багатий набір термодинамічних фаз пов'язаний, як правило, з різними варіантами порядку, які допускаються в тому або іншому агрегатному стані.

  • У газоподібному стані речовина не володіє ніяким порядком. Відповідно, в газоподібному стані будь-яка речовина володіє тільки однією термодинамічної фазою. (Фазові переходи типу дисоціації молекул або іонізації є, за визначенням, переходами однієї речовини в іншу).
  • Рідина має орієнтаційний порядком, але, як правило, не має трансляційним порядком. В результаті у однієї і тієї ж рідини можуть бути різні термодинамічні фази, проте кількість їх рідко перевищує одиницю. Так, наприклад, існування нової рідкої фази виявлено в переохолодженої воді. Інший, специфічний, приклад: надплинний стан в рідкому гелії.
  • Кристалічна тверде тіло має як трансляційним, так і орієнтаційний порядком. В результаті навіть виникає велике число можливих варіантів орієнтації сусідніх молекул один щодо одного, які можуть виявитися енергетично вигідними при тих чи інших тиску і температурі. В результаті тверді тіла володіють, як правило, досить складної фазової діаграмою. Наприклад, фазова діаграма такого, здавалося б, простого речовини, як лід, налічує принаймні 12 термодинамічних фаз, що реалізуються при різних температурах і тиску.

4. Виділення фаз

Виділення фаз - перетворення гомогенної системи в двофазну (або з числом фаз більше двох) широко використовується в науці і техніці.

Кристалізація дозволяє отримувати чисті речовини.

При високому тиску може спостерігатися таке явище, як розшарування в системі газ - газ. На можливість існування гетерогенного рівноваги в газовій суміші вище критичної температури було вказано ще Ван-дер-Ваальса і потім вона була проаналізована Камерлінг-Оннес і Кеезомом. Експериментальне доказ наявності такого явища було вперше отримано на прикладі системи аміак - азот в 1941 р. Спочатку передбачалося, що обмежена взаємна розчинність спостерігається лише в газових сумішах, що містять полярний компонент ( аміак, сірководень). Однак згодом було встановлено розшарування сумішей гелій - діоксид вуглецю, гелій - етилен і гелій - пропан. В системі гелій - етилен існування поверхні розділу фаз при обмеженій взаємної розчинності газів було підтверджено візуальними спостереженнями та фотографуванням меніска між двома газовими фазами. При розшаруванні суміші газів іноді спостерігається так зване баротропної явище - зміна місцями двох співіснуючих фаз при збільшенні тиску. Приміром, в подвійній системі NH 3 (ж.) - N 2 (м.) фаза, більш багата аміаком має велику щільність. Однак при розшаруванні суміші (90 C, 1800 ат (~ 1,84 кбар)) фаза, більш багата аміаком має вже меншу щільність і піднімається вгору. [1]


Примітки

  1. Гонікберг М. Г. Хімічна рівновага і швидкість реакцій при високому тиску. / / М.: Изд. АН СРСР, 1960 р., c. 19 - 24

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Фаза
Світлова фаза
Ферит (фаза)
Фаза Беррі
Термодинамічна робота
Термодинамічна система
Термодинамічна рівновага
Термодинамічна ентропія
Термодинамічна функція стану
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru