Усны уурын даралтын температурыг диаграмм. усны уур

Нэгдүгээрт, "ус" гэсэн нэр томьёогоор H 2 O гэсэн аль ч боломжит фазын төлөвт байгаа гэдгийг зөвшөөрье.

Байгальд ус нь хатуу фаз (мөс, цас), шингэн фаз (ус), хийн фаз (уур) гэсэн гурван төлөвтэй байж болно.

Байгаль орчинтой эрчим хүчний харилцан үйлчлэлгүй усыг авч үзье, өөрөөр хэлбэл. тэнцвэрт байдалд байна.

Мөс эсвэл шингэний гадаргуу дээр үргэлж уур байдаг. Холбоо барих үе шатууд нь термодинамикийн тэнцвэрт байдалд байна: хурдан молекулууд шингэн фазаас нисч, гадаргуугийн хүчийг даван гарч, уурын фазаас удаан молекулууд шингэн фаз руу шилждэг.

Тэнцвэрийн төлөвт температур бүр тодорхой уурын даралттай тохирч байна - нийт (шингэн дээр зөвхөн уур байгаа бол) эсвэл хэсэгчилсэн (хэрэв агаар эсвэл бусад хийтэй уурын хольц байгаа бол). Үүссэн шингэн фазтайгаа тэнцвэрт байдалд байгаа уурыг ханасан уур гэж нэрлэдэг ба түүнд тохирох температурыг ханалтын температур ба даралт гэж нэрлэдэг.–ханасан даралт.

Одоо усны тэнцвэргүй байдлыг авч үзье.

a) Шингэн дээрх уурын даралтыг ханасан даралтаас доош буулгана. Энэ тохиолдолд тэнцвэрт байдал алдагдаж, хамгийн хурдан молекулуудын улмаас фазын интерфэйсээр дамжуулан бодисын шингэн фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжилт явагдана.

Бодисын шингэн фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжих үйл явцыг ууршилт гэж нэрлэдэг.

Бодисын хатуу фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжих үйл явцыг сублимац буюу сублимация гэж нэрлэдэг.

Үүссэн уурыг эрчимтэй зайлуулах үед ууршилт эсвэл сублимацийн эрч хүч нэмэгддэг. Энэ тохиолдолд шингэн фазын температур түүнээс хамгийн их энергитэй молекулууд гадагшилснаас болж буурдаг. Үүнийг даралтыг бууруулалгүйгээр, зүгээр л агаарын урсгалаар үлээж болно.

б) Ил задгай саванд шингэнийг дулаанаар хангана. Энэ тохиолдолд температур, үүний дагуу шингэний дээгүүр ханасан уурын даралт нэмэгдэж, бүрэн гадаад даралтад хүрч болно (P = P n тохиолдолд халаалтын гадаргуу дээр). шингэн нь энд давамгайлсан даралтаар ханасан уурын температураас дээш өсдөг, тэдгээр. шингэний зузаан дахь уур үүсэх нөхцөл бүрддэг.

Шингэн доторх бодисыг шингэн фазаас уурын фаз руу шууд шилжүүлэх үйл явцыг буцалгах гэж нэрлэдэг.

Шингэний зузаан дахь уурын бөмбөлгийг бөөм болгох үйл явц нь нарийн төвөгтэй байдаг. Ус буцалгахын тулд дулаан хангамжийн гадаргуу дээр ууршилтын төвүүд байх шаардлагатай - хотгор, цухуйсан, жигд бус байдал гэх мэт. Халаалтын гадаргуу дээр буцалгах үед давамгайлсан даралт дахь ус ба ханасан уурын температурын зөрүү нь дулааны хангамжийн эрчмээс хамаардаг бөгөөд хэдэн арван градус хүрч болно.

Шингэний гадаргуугийн хурцадмал хүчний үйлчлэл нь түүний дээрх ханасан уурын температуртай харьцуулахад 0.3-1.5 хэмээр буцалгах үед фазын интерфэйс дэх шингэнийг хэт халах шалтгаан болдог.

Бодисын шингэн фазаас уурын үе рүү шилжих аливаа процессыг ууршилт гэж нэрлэдэг.

Ууршилтын эсрэг үйл явц, i.e. Бодисын уурын фазаас шингэн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжилтийг конденсац гэж нэрлэдэг.

Тогтмол уурын даралттай үед конденсац нь тогтмол температурт (буцлах гэх мэт) үүсдэг бөгөөд энэ нь системээс дулааныг зайлуулах үр дүн юм.

Сублимацын эсрэг үйл явц, i.e. Бодисын уурын фазаас хатуу фаз руу шууд шилжихийг десублимация гэж нэрлэдэг.

Буцалгах процесст шилжсэн ханасан уур ба ханасан температурын тухай өмнө нь танилцуулсан ойлголтууд нь буцалгах явцад уур ба шингэний температурын тэгш байдлыг тайлбарлаж байгааг эргэн санацгаая. Энэ тохиолдолд шингэн ба уурын фазын даралт ба температур хоёулаа ижил байна.

Буцалж буй усны шингэн үеийг ханасан шингэн гэж нэрлэдэг.

Буцалж буй (ханасан) температурт уурыг хуурай ханасан уур гэж нэрлэдэг.

Ханасан төлөвт байгаа хоёр фазын шингэн + уурын хольцыг нойтон ханасан уур гэж нэрлэдэг.

Термодинамикийн хувьд энэ нэр томъёо нь ханасан уур нь шингэний түвшнээс дээш байх эсвэл дотор нь түдгэлзсэн шингэн дусал бүхий уурын хольцыг төлөөлөх хоёр фазын системд хамаарна. Нойтон ханасан уурыг тодорхойлохын тулд үүнийг ашигладаг хуурайшилтын зэрэглэлийн тухай ойлголтX, энэ нь хуурай ханасан уурын массын харьцаа юм, m s.n.p, хольцын нийт масс хүртэл, м см = m s.n.p + m w.s.n., түүнийг ханасан байдалд шингэнээр:

Ханасан төлөвт байгаа усны шингэн фазын массын хольцын масстай харьцуулсан харьцааг чийгшлийн зэрэг гэнэ.(1-ийн):

Тогтмол даралттай чийгтэй ханасан уурыг дулаанаар хангах нь хольцын шингэн фазыг уурын үе рүү шилжүүлэхэд хүргэдэг. Энэ тохиолдолд бүх шингэнийг уур болгон хувиргах хүртэл хольцын температурыг (ханалт) нэмэгдүүлэх боломжгүй. Цаашид дулааныг зөвхөн ханасан төлөвт уурын фаз руу нийлүүлэх нь уурын температурыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

Өгөгдсөн даралт дахь ханасан температураас дээш температуртай уурыг хэт халсан уур гэж нэрлэдэг. Хэт халсан уурын температурын зөрүүт мөн ижил даралттай ханасан уур t n уурын хэт халалтын зэрэг гэж нэрлэдэг Dt p = t -t n.

Уурын хэт халалтын зэрэг нэмэгдэхийн хэрээр түүний эзэлхүүн нэмэгдэж, молекулуудын концентраци буурч, шинж чанар нь хийн шинж чанартай ойртдог.

6.2. H 2 O-ийн P,t-, P,v- ба T,s фазын диаграммууд

H 2 O төлөвийн өөрчлөлтийн янз бүрийн термодинамик процессыг шинжлэхийн тулд фазын диаграммыг өргөн ашигладаг.

P,t- ба P,v фазын диаграммуудтай танилцахын тулд t 1 анхны температурт тогтмол даралтыг үүсгэдэг поршений дор цилиндрт мөс байна гэж төсөөлөөд үз дээ (Зураг 6.1). Дулаан Q нь цилиндрийн ханаар дамжин хангагдана H 2 O-ийн халаалт ба фазын шилжилтийг t, Q диаграммд харуулав. Мөсийг хайлах температур хүртэл халаана tpl (процесс 1а), дараа нь мөс тогтмол температурт хайлж ус болж хувирна (аа"), дараа нь ус буцалгах (ханах) температурт tn (a"b) хүртэл халаана. дараа нь ууршилтын процесс явагдаж, усыг хуурай ханасан уур (vv") болгон хувиргах, дараа нь уурыг (v"2) t 2 температурт хэт халах процесс явагдана.

AB шугам - хатуу ба шингэн фазын фазын шилжилтийн шугам. Энэ бол хэвийн бус шугам, учир нь Ихэнх бодисын хувьд даралт ихсэх тусам усны хайлах цэг нь эсрэгээрээ байдаг.

Даралт буурах тусам хайлах ба ханалтын температурын зөрүү буурч, А цэг дээр эдгээр муруйнууд нийлдэг. Энэ А цэгийг усны гурвалсан цэг гэж нэрлэдэг; түүний координатууд нь физик нөхцөлийг тодорхойлдог(P o i t o) Бодисын бүх гурван фаз нь термодинамик тэнцвэрт байдалд байгаа бөгөөд нэгэн зэрэг оршин тогтнох боломжтой. Усны гурвалсан цэгийн параметрүүд: т о = 0.01 ° C эсвэл 273.16 К Тэгээд R o =611.2 Па .

Гурвалсан цэгийн доор байрлах хувьсах гүйдлийн муруй нь хатуу ба уурын фазын фазын шилжилт ба тэнцвэрийн шугам, i.e. sublimation болон desublimation шугам. Иймээс de процесст тохирох даралтаар хатуу фаз (de) нь в цэгт халсан үед хатуу фазын уур руу шилжих шилжилт явагдана - c цэгт хөргөх үед (боловсрох ed) уур нь шилжинэ хатуу үе шат - десублимация. Аль ч тохиолдолд шилжилт нь шингэн үе шатыг тойрч гардаг.

Фазын шилжилтийн муруй нь P,t диаграммын талбайг бүхэлд нь гурван бүсэд хуваадаг: BAC шугамын зүүн талд хатуу төлөвийн бүс (мөс), BA ба KA муруйн хооронд шингэний бүс, баруун талд KAS нь хэт халсан уурын бүс юм. Энэ тохиолдолд дээд талд байгаа AK шугам нь чухал параметрээр тодорхойлогддог K цэгээр төгсдөг. Чухал утгаас дээш даралттай үед шингэнээс уур руу шилжих үе шат харагдахгүй байна.

Ус гэдэг нь талст фазын хэд хэдэн өөрчлөлттэй бодисыг хэлдэг. Одоогоор усны мөсний зургаан өөрчлөлт мэдэгдэж байна. Уламжлалт техникийн төхөөрөмжид хүрсэн даралтын үед мөсний зөвхөн нэг өөрчлөлтийг олж авдаг. Бусад бүх өөрчлөлтийг өндөр даралтаар авах боломжтой. Ийм бодисын хувьд P,t-диаграмм нь нэг биш, хэд хэдэн гурвалсан цэгтэй байдаг, учир нь цэвэр бодисын 3-аас дээш фазын тэнцвэрт байдал боломжгүй юм. Ийм диаграммын гол гурвалсан цэг нь шингэн, хий болон хатуу фазын аль нэгийн тэнцвэрт байдал юм (А цэг, Зураг 6.2).

1-р цэгт - v 1 эзэлхүүнтэй хатуу фаз, а цэгт - хайлах температурт v t p эзэлхүүнтэй хатуу фаз, а" цэгт - хайлах температур дахь шингэн фаз v l p эзэлхүүнтэй, в цэгт - температурын ханалт (буцлах) үед шингэн фаз. v эзэлхүүнтэй", b" цэгт - v эзлэхүүнтэй ханасан температуртай уур", 2-р цэгт - v 2 эзэлхүүнтэй хэт халсан уур. Эзлэхүүний харьцаа v 2 >v">v">v w p >v t p >v 1, i.e. v 2 – уураас v 1 – хатуу фазын эзлэхүүний хэвийн, байгалийн бууралт ажиглагдаж байна.

SVD шугамын зүүн талд хатуу төлөвийн муж байна; VD ба AE шугамуудын хооронд - хатуу фаз + шингэн; AE ба AK шугамуудын хооронд - шингэний бүс; AK ба KN шугамуудын хооронд - шингэн + уур; CB, BN, NL шугамуудын хооронд - хатуу фаз + уур; KL шугамын баруун талд уурын фазын муж байна. BAN хэвтээ шугам нь P,t-диаграмм дахь хэвийн бодисын гурвалсан цэгтэй тохирч байна.

Эдгээр фазын диаграммыг бүхэлд нь усанд оруулах боломжгүй. Ус– хэвийн бус бодисшингэнээс хатуу төлөвт изобар шилжих үед усны тодорхой эзэлхүүн нэмэгддэг (мөс нь усны гадаргуу дээр хөвдөг). Тиймээс P,v диаграммд хоёр фазын төлөвийн муж мөс+шингэннойтон уур, шингэний бүсэд хэсэгчлэн ууссан.

Зураг дээр. Зураг 6.6-д бага температурт хатуу фазын шингэн рүү шилжих бүсийн усны P,v фазын диаграммын бүсийн томруулсан масштабаар харуулав. Энд хэвтээ ABN нь P,t-диаграмм дахь усны гурвалсан цэгт тохирох изотерм юм. Босоо AE нь шингэний гурвалсан цэгийн температурт тохирох изотерм, босоо ВD нь мөсний ижил изотерм юм. Тэдний хооронд хоёр фазын төлөвийн бүс байдаг шингэн + мөс.

AMNL муруй нь ханалтын температур дахь шингэний шугамыг илэрхийлнэ (x=0). Даралт ба температур нэмэгдэхийн хэрээр усны гурвалсан цэгээс эхлэн буцалж буй усны хувийн эзэлхүүн эхлээд буурч, M цэгт хамгийн багадаа (ойролцоогоор 4 ° C ба 800 Па) хүрч, даралт, цаашлаад нэмэгдэх тусам температур, буцалж буй усны тодорхой хэмжээ тасралтгүй нэмэгддэг. Ойролцоогоор 8 o С (цэг N цэг) температурт энэ нь А цэг дэх тодорхой эзэлхүүнд хүрч, шингэний хоёр изотерм нь босоо NE (0 ба 8 o C) дээр давхцдаг. Үүний нэгэн адил, MN шугамаас дээш босоо чиглэлүүд нь усны шингэн фазын хоёр изотермтэй тохирно. Өмнө дурьдсанчлан шингэн нь шахагдах чадвар муутай фаз тул усны бүсэд изотермууд нь бараг босоо шулуун шугамууд юм.

Усны хатуу фаз нь бас муу шахагддаг, i.e. P,v диаграм дахь мөсний изотермууд нь бараг шулуун босоо шугамууд юм. Түүнчлэн 0oС-ийн хатуу фазын эзэлхүүн нь 0oС-аас доош температурт хайлах төлөвт байгаа мөсний эзэлхүүнтэй ойролцоо, 0oС-ийн шингэн фазын эзэлхүүн нь шингэний эзэлхүүнтэй ойролцоо байна. сөрөг температурт ханасан байдалд. Мөс хайлах температурын өөрчлөлтийн даралтаас хамаарал нь ханасан температурын өөрчлөлттэй харьцуулахад сул илэрхийлэгддэг тул -20 хэмд мөс 187.3 МПа даралтаар хайлж, +20 хэмд ус буцалгана. даралт 2.33 кПа. Дээр дурдсан бүх зүйл нь шингэний 0 o C изотермийг - шугам AE - ба хайлах төлөвт байгаа мөсийг - Р, v диаграмм дахь BD - шингэний фаз, хоёр фазын төлөвийн хоорондох хилийн муруй хэлбэрээр хүлээн авах боломжийг олгодог. мөс+шингэнба хатуу фаз усны гурвалсан цэгийн даралтаас дээш бүх даралтын хувьд. Энэ тохиолдолд 0 o С-ээс доош температурын мужид хатуу фаз нь ВD шугамын зүүн талд, шингэн фаз нь АЭ шугамын зүүн талд байх болно, учир нь Температур буурах тусам шингэн ба хатуу фазын эзэлхүүн буурч, мөсний хайлах даралт нь усны гурвалсан цэгийн даралтаас их байна. Гэсэн хэдий ч практикт хэрэглэгддэг даралтын хязгаарт эдгээр хазайлт нь маш бага байдаг.

Мөсийг шууд уур руу шилжүүлэх фазын шугам (сублимацийн шугам) нь гурвалсан цэгийн даралтаас доогуур даралтанд байрладаг - МЭӨ шугам. Энэ шугам дээр даралт буурах тусам мөсний температур ба түүний эзэлхүүн буурдаг. МЭӨ шугамын зүүн талд зөвхөн хатуу фаз, баруун талд - хатуу фаз + уур.

Үүний үр дүнд усны P, v фазын диаграмм нь Зураг дээр үзүүлсэн хэлбэртэй байна. 6.7, a. Энд CVD шугамын зүүн талд усны хатуу фаз, АК шугамын зүүн талд усны шингэн фаз, EABD шугамын хооронд хоёр фазын төлөв байна. шингэн + мөс, CBNL шугамуудын хооронд – хоёр фазын төлөв мөс + уур, KL шугамаас дээш - хэт халсан уур. Усны хэвийн бус шинж чанараас шалтгаалан P, v диаграммд усны янз бүрийн фазын мужууд давхцаж байна: хоёр фазын төлөвийн муж мөс+шингэн EABD нь EAMD шингэний бүс болон хоёр фазын төлөвийн мужид давхардсан байна шингэн + уур AMVA, үүнээс гадна ВD шугамын зүүн талд хатуу фазын бүсэд давхардсан байна. Зураг дээрх эдгээр газруудын дүр төрхийг тэмдэглэх нь зүйтэй. 6.7, гэхдээ масштабыг ажиглахгүйгээр илүү тодорхой болгох үүднээс томруулсан. Бодит байдал дээр шингэн ба мөсний хэмжээ нь А ба В цэгүүдээс хамаагүй бага байдаг тул температур буурч, даралт ихсэх тусам эдгээр фазын төлөвүүдийн хэмжээ буурдаг, өөрөөр хэлбэл. AE шугамын зүүн талд даралт ихсэх тусам шингэний бүс нэмэгдэж, AE шугамын зүүн талд байрлах хатуу фаз нь сөрөг температурт усны шингэн фазын бүсийн зүүн талд байрлах боломжгүй.

Усны янз бүрийн үе шатуудын давхцлыг Зураг дээрх P,v диаграммд үзүүлэв. 6.7, a, b-д их (t>t o) ба бага (t) температуртай хоёр изотермийг (тасархай шугам) үзүүлэв.

Изотерм 1234 нь 0 ° C-аас бага температуртай бөгөөд P,v диаграмм дээр шингэний 12-р мөрөнд, 22-р мөрөнд хоёр фазын төлөвт ажилладаг. шингэн + мөс, 2-р мөрөнд"3 - мөсөн бүсэд, 33-р мөрөнд" - хоёр фазын төлөвийн бүсэд мөс + уур, 3"4 мөрөнд - хэт халсан уурын бүсэд.

Изотерм 567 нь 0 ° С-ээс их температуртай бөгөөд P, v диаграммыг 56-р мөрөнд шингэний бүсэд, 66-р мөрөнд хоёр фазын төлөвт шилжүүлдэг. шингэн + уур, 6"7 мөрөнд - хэт халсан уурын бүсэд.

P,v диаграмм дахь эдгээр изотермуудын огтлолцох цэгүүд нь усны янз бүрийн фазын төлөвүүдийн бие биен дээр давхцаж байгааг харуулж байна. Эдгээр цэгүүдэд эдгээр фазын төлөвүүд нь ижил даралт, өөр өөр температурт ижил эзэлхүүнтэй байдаг. Тиймээс изотерм 56 дээрх шингэн нь ижил эзэлхүүнтэй байна шингэн + мөс 22" изотерм дээрх цэгүүдийн аль нэгээс, 2"3 изотерм дээрх мөс нь ижил эзэлхүүнтэй байна. шингэн + уур 66" изотерм дээрх цэгүүдийн нэгээс.

Усны фазын T,s диаграммыг байгуулахдаа ханасан (x =) төлөвт байгаа шингэний хувьд усны гурвалсан цэгийн (t o =0.01 o C ба P o =611.2 Па) параметрүүдээр энтропийн үүслийг сонгоно. 0).

Ирээдүйд усны гурвалсан цэгийн температур ба 0 ° С-ийн хоорондох бага зөрүүгээс шалтгаалан цельсийн тэг хэмийн утгыг голчлон ашиглах болно (үүнээр бид усны гурвалсан цэгийн температурыг хэлнэ).

Янз бүрийн даралтын хувьд (усны гурвалсан цэгийн даралт ба түүнээс дээш) 0 хэмийн температурт усны шингэн фазын энтропи нь бараг ижил тоон утгатай, тэгтэй ойролцоо байна. Усны шингэн фазын энтропи 0 oС ба янз бүрийн даралттай тэнцүү байх нь усны шингэн фазын шахалт муутай холбоотой юм. Энтропи нь аливаа төлөвийн параметрийн нэгэн адил хоёр бие даасан төлөвийн параметрээр тодорхойлогддог тул 0 ° C изотерм дээрх шингэний температур ба тодорхой эзэлхүүний тэгш байдал нь эдгээр цэгүүд дэх энтропийн тэгшитгэлтэй тохирно. Эдгээр цэгүүд дэх энтропийн тоон утгын тэгээс хазайлт нь 1 кДж/(кг·К) мянганы нэг юм. Дээр дурдсан зүйлс дээр үндэслэн T,s диаграмм дахь 0 o C усны шингэн фазын изотерм нь А цэгийг илэрхийлнэ (Зураг 6.8, а).

Мөс хайлах хувийн дулаан нь эерэг утгатай тул 0 ° С-т 335 кЖ/кг-тай тэнцүү байх тул усны гурвалсан цэгийн температур ба даралт дахь хатуу фазын B цэгийг байрлуулна. А цэгийн зүүн талд, i.e. сөрөг энтропийн утгатай.

Усны хэвийн бус шинж чанар нь түүний T,s фазын диаграммыг шингэн, хатуу ба тэнцвэрт хоёр фазын бүс дэх хэвийн бодисын T,s диаграммтай харьцуулахад өөрчилнө. хатуу + шингэнТэгээд хатуу + уурмужууд. Нэгдүгээрт, эдгээр газрууд усны гурван цэгийн изотермээс доогуур байх болно, учир нь мөс нь зөвхөн 0 o С-ээс бага (эсвэл тэнцүү) температурт байж болно. Хоёрдугаарт, тэдгээр нь хатуу ба уурын фазууд нэгэн зэрэг байрладаг сублимацийн бүсэд давхарлана. Усны шингэн фаз нь 0 хэмээс доош температурт байж болно, өөрөөр хэлбэл. Эдгээр температурт шингэн фазын бүсийн T,s диаграммд хоёр фазын төлөвийн мужуудтай дахин давхцах болно. шингэн + мөсТэгээд уур + мөс.

Мөс хайлах үеийн эерэг хувийн дулаан ба мөсөөс шингэн рүү шилжих фазын сөрөг (цельсийн градусаар) температурын утгууд нь фазын шилжилтийн хилийн шугамын байршлыг тайлбарладаг: BC - сублимацийн шугам, AE - хайлах үеийн шингэний шугам. температур, ВD – хайлах температур дахь мөсөн шугам (Зураг .6.8, а). Энэ бүс дэх фазын шилжилтийн шугамын шинж чанарыг шингэн ба мөсний изобар дулааны багтаамж нь даралтаас хамааралтайгаар тайлбарладаг (T,s диаграмм дахь дулааны багтаамж багатай шугамууд нь өндөр дулаан багтаамжтай шугамуудаас илүү эгц байдаг). Даралт буурах тусам мөсний изобар дулааны багтаамж нэмэгдэж, ижил температурт BC шугам дээрх даралт VD шугам дээрх даралтаас бага байдаг тул BC сублимацийн шугам нь VD шугамаас хавтгай байна. Хариуд нь VD шугам нь AE шугамаас илүү эгц байдаг, учир нь ижил температурт мөсний изобар дулааны багтаамж нь шингэний дулаан багтаамжаас бага байдаг.

Усны T,s фазын диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 6.8, а. KAE шугамын зүүн талд усны шингэн фазын бүс, DBAE шугамын хооронд хоёр фазын төлөвийн муж байх болно. шингэн + мөс, шугамуудын хооронд Т o ВD – хатуу фазын муж, шугамын хооронд СВNL – муж хатуу фаз + уур, KL шугамын дээгүүр нь хэт халсан уурын бүс юм. Хоёр фазын бүс шингэн + мөс DBAE нь хоёр фазын төлөвийн мужид давхардсан байна мөс + уур SVNL.

Хариуд нь хоёр фазын мужид уур + мөс CBNL нь CBD мөсний талбайд давхарласан байдаг. Үүнээс гадна, мөсөн болон хоёр фазын мужуудын бүсэд мөс + уурТэгээд шингэн + мөс AE шугамын зүүн талд байгаа шингэний хэсэг нь давхарласан байна. ВD мөрөнд хайлж буй мөсний бүс, AE мөрөнд - хайлах температур дахь шингэн, ВС мөрөнд - сублимацын муж, мөс ба мөсний хоорондох зааг байна. гатлага онгоц+мөс, AK мөрөнд - ханасан төлөвт байгаа шингэний муж, KL мөрөнд - хуурай ханасан уур. Усны фазын өөрчлөлтийг тодорхой болгохын тулд Зураг дээрх T,s диаграммд үзүүлэв. 2.8, тасархай шугам нь даралт их (P>P o) ба бага (P) бүхий изобаруудыг харуулж байна.<Р o), чем давление в тройной точке воды. Те же изобары показаны на рис. 6.8, б в Р,t- диаграмме.

Ирээдүйд гол анхаарал нь 0 o C-ээс их буюу тэнцүү температурт усны шингэн ба уурын фазын шинж чанарыг анхаарч үзэх болно. Тиймээс фазын диаграммд бид зөвхөн эдгээр хэсгүүдийг дүрслэх болно, өөрөөр хэлбэл. практикт энэ нь А цэгээр татсан босоо тэнхлэгтэй харьцуулахад баруун тал юм. Энэ тохиолдолд P, v диаграммд шингэн муж дахь 0 o С изотермийг шингэний фазын зүүн хилийн муруй гэж үзэж болно, учир нь энэ нь бараг босоо шугам юм. T,s диаграммд усны шингэн фазын гурвалсан цэгийн параметрүүдийг энтропийн эхлэлийн цэг болгон авсан. Усны 0°С-ийн шингэн фазын эзэлхүүн нь түүний гурвалсан цэгийн эзэлхүүнтэй бараг тэнцүү бөгөөд усны гурвалсан цэгийн температур 0°С-тэй маш ойрхон байдаг тул эдгээр хоёр параметрийн тогтмол байдал нь дараах үзүүлэлтийг өгнө. янз бүрийн даралттай усны шингэн фазын энтропийн тогтмол утга ба t = 0 o С Иймээс усны шингэн фазын муж дахь бүх изобарууд T,s диаграммын А цэгээс гарна.

Тиймээс P, v диаграмм дахь усны шингэн ба уурын фазын үндсэн шугам, процессыг Зураг дээр үзүүлэв. 6.9. Энд шингэний бүсийн (12) дэд критик изотермууд нь зүүн тийш бага зэрэг шилжсэн босоо шулуун шугамуудтай ойролцоо байна. Нойтон уурын бүсэд (23) изотерм нь ханалтын изобартай давхцдаг. Хэт халсан уурын бүсэд (34) изотерм нь доошоо чиглэсэн гүдгэр муруйг илэрхийлдэг. Критик изотерм нь эгзэгтэй цэг дээр гулзайлтын цэгтэй байдаг. t > tcr-ийн изотермууд нь өндөр температурт алга болдог гулзайлтын цэгтэй байж болно.

Тогтмол энтропийн шугамууд нь доошоо гүдгэр муруй юм. Түүнээс гадна шугамууд s< s кр пересекают только линию x = 0, а линии s >s cr зөвхөн x = 1 шулууныг огтолно.

x=const шугамын бүтэц нь сегментүүдийн харьцаатай тохирч байна.

Шингэний тодорхой эзэлхүүн нь хуурай ханасан уурын хувийн эзэлхүүнээс эрс ялгаатай. Тэгэхээр усны гурвалсан цэг дээр шингэн (А цэг) v o "=0,00100022 м 3 /кг, уур - v o "=206,175 м 3 /кг, чухал цэгт v cr =0,003147 м 3 /кг байна. 1 бар даралттай үед v"=0,0010434 м3/кг, v"=1,6946 м3/кг байна. Үүний үр дүнд x=0 шугам нь x=1 шугамаас илүү эгц байна.

Усны шингэн ба уурын фазын термодинамик шинж чанарыг нарийвчлан судалсны дараа үндсэн процесс, параметрийн шугамтай усны шингэн ба уурын фазын T,s диаграммын зургийг үзүүлнэ.

Энэ диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 6.5. Муруйгаар хязгаарлагдсан фазын диаграммын талбайнууд нь тухайн бодисын зөвхөн нэг фазын тогтвортой байх нөхцөлтэй (температур ба даралт) тохирч байна. Жишээлбэл, VT ба TC муруйгаар хязгаарлагдсан диаграммын цэгүүдэд тохирох температур ба даралтын аль ч утгын хувьд ус шингэн төлөвт байдаг. AT ба TC муруйн доор байрлах диаграммын цэгүүдэд тохирох температур, даралтад ус нь уурын төлөвт оршдог.

Фазын диаграммын муруй нь аль ч хоёр фаз бие биетэйгээ тэнцвэртэй байх нөхцөлтэй тохирч байна. Жишээлбэл, TC муруйн цэгүүдэд тохирох температур, даралтад ус ба түүний уур нь тэнцвэрт байдалд байна. Энэ нь усны уурын даралтын муруй юм (3.13-р зургийг үз). Энэ муруйн X цэг дээр шингэн ус ба уур нь 373 К (100 ° C) температурт, 1 атм (101.325 кПа) даралттай тэнцвэрт байдалд байна; X цэг нь 1 атм даралттай ус буцалгах цэгийг илэрхийлнэ.

AT муруй нь мөсний уурын даралтын муруй юм; ийм муруйг ихэвчлэн сублимацийн муруй гэж нэрлэдэг.

BT муруй нь хайлах муруй юм. Энэ нь даралт мөсний хайлах цэгт хэрхэн нөлөөлж байгааг харуулж байна: хэрэв даралт ихсэх тусам хайлах цэг бага зэрэг буурдаг. Хайлах температурын даралтаас ийм хамааралтай байх нь ховор байдаг. Ерөнхийдөө даралтын өсөлт нь хатуу биет үүсэхийг дэмждэг бөгөөд үүнийг доор авч үзсэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийн фазын диаграмын жишээнээс харах болно. Усны хувьд даралт ихсэх нь устөрөгчийн холбоог устгахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь мөсөн талст дахь усны молекулуудыг хооронд нь холбож, том бүтэц үүсгэдэг. Үүний үр дүнд

Цагаан будаа. 6.5. Усны фазын диаграм.

Устөрөгчийн холбоо устах үед илүү нягт шингэн фаз үүсдэг (2.2-р хэсгийг үзнэ үү).

VT муруй дээрх Y цэг дээр мөс нь 273 К (0 ° C) температуртай, 1 атм даралттай устай тэнцвэрт байдалд байна. Энэ нь 1 атм даралттай усны хөлдөх цэгийг илэрхийлнэ.

ST муруй нь хөлдөх цэгээс доош температурт усны уурын даралтыг заана. Ус нь хөлдөх температураас доош температурт шингэн хэлбэрээр байдаггүй тул энэ муруйн цэг бүр метаставтай устай тохирдог. Энэ нь тохирох температур, даралттай үед ус нь хамгийн тогтвортой (тогтвортой) төлөв байдалд байдаггүй гэсэн үг юм. Энэ муруйн цэгүүдээр дүрслэгдсэн метастав төлөвт ус байгаатай тохирч буй үзэгдлийг хэт хөргөлт гэж нэрлэдэг.

Фазын диаграмм дээр онцгой анхаарал татсан хоёр цэг байдаг. Юуны өмнө бид усны уурын даралтын муруй нь C цэг дээр дуусдаг гэдгийг тэмдэглэж байна. Үүнийг усны эгзэгтэй цэг гэж нэрлэдэг. Энэ цэгээс дээш температур ба даралтын үед даралтыг нэмэгдүүлэх замаар усны уурыг шингэн ус болгон хувиргах боломжгүй (мөн 3.1-р хэсгийг үзнэ үү). Өөрөөр хэлбэл, энэ цэгээс дээш бол усны уур, шингэн хэлбэрийг ялгах боломжгүй болсон. Усны эгзэгтэй температур 647 К, чухал даралт нь 220 атм байна.

Фазын диаграммын T цэгийг гурвалсан цэг гэж нэрлэдэг. Энэ үед мөс, шингэн ус, усны уур нь хоорондоо тэнцвэртэй байна. Энэ цэг нь 273.16 К температур ба атм даралттай тохирч байна. Зөвхөн температур ба даралтын тодорхой утгын үед усны гурван үе шат нь бие биетэйгээ тэнцвэртэй байж болно.

Хүйтэн хоёр янзаар үүсдэг: шүүдэр эсвэл чийгтэй агаараас шууд.

Шүүдэрээс хүйтэн жавар үүсэх. Шүүдэр гэдэг нь зураг дээрх TC муруйг (агаар мандлын даралтаар) гаталж, температур буурах үед чийгтэй агаар хөргөх үед үүссэн ус юм. 6.5. Температур нь BT муруйг гатлахад хангалттай буурах үед шүүдэр хөлдсөний үр дүнд хяруу үүсдэг.

Чийглэг агаараас шууд хяруу үүсдэг. Усны уурын даралт нь T гурвалсан цэгийн даралтаас давсан тохиолдолд л хяруу шүүдэрээс үүсдэг, өөрөөр хэлбэл. илүү атм. Хэрэв усны уурын даралт энэ утгаас бага байвал шүүдэр үүсэхгүйгээр шууд чийгтэй агаараас хүйтэн жавар үүсдэг. Энэ тохиолдолд буурч буй температур нь Зураг дээрх муруйг давах үед гарч ирнэ. 6.5. Ийм нөхцөлд хуурай хяруу үүсдэг.

УС БА УСНЫ ТЕРМОДИНАМИК ШИНЖ

"Ус" гэсэн нэр томъёогоор бид H 2 O-ийн аль ч боломжит фазын төлөвийг хэлнэ.

Байгальд ус байж болно гурван мужид: tv (мөс, цас), л. (ус), г (уур).

Эрчим хүчгүй усыг авч үзье. хүрээлэн буй орчинтой харилцах Wed, i.e. тэнцвэрт байдалд байна.

Мөс эсвэл шингэний гадаргуу дээр үргэлж уур байдаг. Холбоо барих үе шатууд нь t/d тэнцвэрт байдалд байна: хурдан молекулууд шингэний фазаас нисч, гадаргуугийн хүчийг даван гарч, уурын фазаас удаан молекулууд шингэн рүү шилждэг. үе шат.

Тэнцвэрийн төлөвт Т тус бүр нь тодорхой уурын даралттай тохирч байна - нийт (шингэн дээр зөвхөн уур байгаа бол) эсвэл хэсэгчилсэн (хэрэв агаар эсвэл бусад хийтэй уурын хольц байгаа бол).

Уурыг шингэнтэй тэнцвэржүүлнэ. үүссэн үе шат нь ханасан, харгалзах T нь T ханалт ба даралт юм–p ханасан байдал.

Усны тэнцвэргүй байдал:

a) Шингэн дээрх уурын даралтыг ханасан даралтаас доош буулгана. Энэ тохиолдолд тэнцвэрт байдал алдагдаж, хамгийн хурдан молекулуудын улмаас фазын интерфэйсээр дамжуулан бодисын шингэн фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжилт явагдана.

Бодисын шингэнээс нөхөн олговоргүй шилжих үйл явц. хотын үе шатууд - ууршилт.

Бодисын хатуу фазаас хийн фаз руу нөхөн олговоргүй шилжих үйл явцыг гэнэ сублимация эсвэл сублимация .

Үүссэн уурыг эрчимтэй зайлуулах үед ууршилт эсвэл сублимацийн эрч хүч нэмэгддэг. Энэ тохиолдолд шингэн фазын температур түүнээс хамгийн их энергитэй молекулууд гадагшилснаас болж буурдаг. Үүнийг даралтыг бууруулалгүйгээр, зүгээр л агаарын урсгалаар үлээж болно.

б) Ил задгай саванд шингэнийг дулаанаар хангана. Энэ тохиолдолд шингэний дээгүүр ханасан уурын T, үүний дагуу p нь нэмэгдэж, бүрэн гадаад даралтад хүрч чадна (P = P n тохиолдолд халаалтын гадаргуу дээр T). энд давамгайлсан даралтаар ханасан уурын T-ээс дээш өсдөг, тэдгээр. шингэний зузаан дахь уур үүсэх нөхцөл бүрддэг.

Шингэн доторх бодисыг шингэн фазаас уурын фаз руу шууд шилжүүлэх үйл явц гэж нэрлэдэг буцалгах.

Шингэний зузаан дахь уурын бөмбөлгийг бөөм болгох үйл явц нь нарийн төвөгтэй байдаг. Ус буцалгахын тулд дулаан хангамжийн гадаргуу дээр ууршилтын төвүүд байх шаардлагатай - хотгор, цухуйсан, жигд бус байдал гэх мэт. Халаалтын гадаргуу дээр буцалгах үед зонхилох даралт дахь ус ба ханасан уурын T-ийн зөрүү нь дулааны хангамжийн эрчмээс хамаардаг бөгөөд хэдэн арван градус хүрч болно.

Шингэний гадаргуугийн хурцадмал хүчний үйлчлэл нь түүний дээрх ханасан уурын температуртай харьцуулахад 0.3-1.5 хэмээр буцалгах үед фазын интерфэйс дэх шингэнийг хэт халах шалтгаан болдог.

Бодисын шингэн фазаас уурын үе рүү шилжих аливаа үйл явц - ууршилт.

Ууршилтын эсрэг үйл явц, i.e. бодисын уурын фазаас шингэн фаз руу нөхөн төлбөргүй шилжих - конденсац.

Тогтмол уурын даралттай үед конденсац нь тогтмол температурт (буцлах гэх мэт) үүсдэг бөгөөд энэ нь системээс дулааныг зайлуулах үр дүн юм.

Сублимацын эсрэг үйл явц, i.e. бодисыг уурын фазаас хатуу фаз руу шууд шилжүүлэх - desublimation.

Буцалж буй усны шингэн үе шат гэж нэрлэдэг шингэнээр ханасан .

Буцалж буй (ханасан) температурт уурыг гэж нэрлэдэг хуурай ханасан уур .

Хоёр фазын холимог "l+p" ханасан төлөвт - чийгтэй ханасан уур.

t/d-д энэ нэр томъёо нь ханасан уур нь шингэний түвшнээс дээш байх боломжтой эсвэл нойтон ханасан уурын шинж чанарыг тодорхойлохын тулд түүнд агуулагдах шингэн дусал бүхий уурын хольцыг илэрхийлдэг хоёр фазын системд хамаарна үзэл баримтлал хуурайшилтын зэрэг X, энэ нь хуурай ханасан уурын массын харьцаа юм,м s.n.p, хольцын нийт масс хүртэл,м см = m s.n.p + m w.s.n., түүнийг ханасан байдалд шингэнээр:

Ханасан төлөвт байгаа усны шингэн фазын массын хольцын масстай харьцуулсан харьцаа чийгшлийн зэрэг гэж нэрлэдэг (1-ийн):

Тогтмол p үед чийгтэй ханасан уурын дулаан хангамж нь l шилжилтэд хүргэдэг. p дахь хольцын үе шат Энэ тохиолдолд хольцын T (ханалт) байж болно бүх шингэнийг уур болгон хувиргах хүртэл нэмэгддэг. Цаашид дулааныг зөвхөн ханасан төлөвт уурын фаз руу нийлүүлэх нь уурын T-ийн өсөлтөд хүргэдэг.

Өгөгдсөн даралт дахь ханасан температураас дээш температуртай уурыг нэрлэдэг хэт халсан уур. Хэт халсан уурын температурын зөрүүт мөн ижил даралттай ханасан уур t n дуудсан уурын хэт халалтын зэрэг Dt p = t -t n.

Уурын хэт халалтын зэрэг нэмэгдэхийн хэрээр түүний эзэлхүүн нэмэгдэж, молекулуудын концентраци буурч, шинж чанар нь хийн шинж чанартай ойртдог.

6.2. H 2 O-ийн P,t-, P,v- ба T,s фазын диаграммууд

H 2 O төлөвийн өөрчлөлтийн янз бүрийн t/d үйл явцыг шинжлэхийн тулд фазын диаграммыг өргөн ашигладаг.

Фазын диаграм (эсвэл фазын диаграм) нь системийн төлөвийг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн ба систем дэх фазын хувирал (хатуугаас шингэн рүү шилжих, шингэнээс хий рүү шилжих гэх мэт) хоорондын хамаарлын график дүрслэл юм.

Цагаан будаа. 72. Мөсний бүтцийн диаграмм.

Цагаан будаа. 73. Нам даралтын бүсийн усны төлөв байдлын диаграмм.

Цагаан будаа. 74. Усны уурын тэнцвэрт байдалд байгаа усны цилиндр.

Химийн шинжлэх ухаанд фазын диаграммыг өргөн ашигладаг. Нэг бүрэлдэхүүн хэсэгтэй системүүдийн хувьд фазын диаграммыг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд энэ нь фазын өөрчлөлтийн температур ба даралтаас хамаарах хамаарлыг харуулсан; тэдгээрийг P-T координат дахь фазын диаграмм гэж нэрлэдэг.

Зураг дээр. 73-т усны төлөв байдлын диаграммыг бүдүүвч хэлбэрээр (масштабыг чанд мөрдөхгүйгээр) харуулав. Диаграм дээрх аливаа цэг нь температур ба даралтын тодорхой утгатай тохирч байна.

Диаграмм нь температур ба даралтын тодорхой утгын үед термодинамикийн хувьд тогтвортой усны төлөв байдлыг харуулж байна. Энэ нь бүх боломжит температур, даралтыг мөс, шингэн, уурын гурван мужид хуваах гурван муруйгаас бүрдэнэ.

Муруй бүрийг илүү нарийвчлан авч үзье. Уурын бүсийг шингэний бүсээс тусгаарлах OA муруйгаар эхэлье (Зураг 73). Агаарыг зайлуулсан цилиндрийг төсөөлөөд үз дээ, үүний дараа ууссан бодис, түүний дотор хийгүй тодорхой хэмжээний цэвэр ус оруулдаг; цилиндр нь тодорхой байрлалд бэхлэгдсэн бүлүүрээр тоноглогдсон (Зураг 74). Хэсэг хугацааны дараа усны нэг хэсэг нь ууршиж, түүний гадаргуугаас дээш ханасан уур байх болно. Та түүний даралтыг хэмжиж, цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхгүй, поршений байрлалаас хамаардаггүй эсэхийг шалгаарай. Хэрэв бид бүхэл системийн температурыг нэмэгдүүлж, ханасан уурын даралтыг дахин хэмжих юм бол энэ нь нэмэгдсэн байх болно. Ийм хэмжилтийг өөр өөр температурт давтан хийснээр бид ханасан усны уурын даралтын температураас хамаарах хамаарлыг олох болно. OA муруй нь энэ харилцааны график юм: муруйн цэгүүд нь шингэн ус ба усны уур хоорондоо тэнцвэртэй байх температур ба даралтын утгыг харуулдаг - тэдгээр нь зэрэгцэн оршдог. OA муруйг шингэн уурын тэнцвэрийн муруй буюу буцлах муруй гэж нэрлэдэг. Хүснэгтэнд 8 (хуудас 202) нь хэд хэдэн температурт ханасан усны уурын даралтын утгыг харуулав.

Цилиндр дэх тэнцвэрт байдлаас ялгаатай, жишээлбэл, тэнцвэрт байдлаас бага даралтыг бий болгохыг хичээцгээе. Үүнийг хийхийн тулд бүлүүрийг суллаж, өргө. Эхний мөчид цилиндр дэх даралт үнэхээр буурах боловч удалгүй тэнцвэрт байдал сэргээгдэх болно: нэмэлт хэмжээний ус ууршиж, даралт дахин тэнцвэрт байдалд хүрнэ. Бүх ус ууршсан үед л тэнцвэрт байдлаас бага даралтыг бий болгож чадна. Үүнээс үзэхэд OA муруйн доор буюу баруун талд байрлах фазын диаграмм дээр байрлах цэгүүд уурын мужтай тохирч байна.

Хүснэгт 8. Янз бүрийн температурт ханасан усны уурын даралт

Хэрэв та тэнцвэрт байдлаас илүү даралтыг бий болгохыг оролдвол энэ нь зөвхөн поршений усны гадаргуу дээр буулгах замаар л хүрч болно. Өөрөөр хэлбэл, OA муруйн дээр эсвэл зүүн талд байрлах диаграммын цэгүүд нь шингэний төлөвийн мужтай тохирч байна.

Шингэн ба уурын төлөвийн мужууд зүүн тийш хэр хол байдаг вэ? Хоёр талбарт нэг цэгийг тэмдэглээд тэдгээрээс зүүн тийш хэвтээ чиглэлд шилжье. Диаграм дээрх цэгүүдийн энэ хөдөлгөөн нь тогтмол даралттай шингэн эсвэл уурын хөргөлттэй тохирч байна. Хэрэв та усыг хэвийн атмосферийн даралтаар хөргөж байвал түүнд хүрэхэд ус хөлдөж эхэлдэг нь мэдэгдэж байна. Бусад даралтад ижил төстэй туршилтуудыг хийснээр бид шингэн усны бүсийг мөсний бүсээс тусгаарлах OS муруйд хүрдэг. Энэ муруй - хатуу-шингэний тэнцвэрийн муруй буюу хайлах муруй нь мөс ба шингэн усны тэнцвэрт байдалд байгаа температур, даралтын хос утгыг харуулдаг.

Уурын бүсэд (диаграммын доод талд) хэвтээ чиглэлд зүүн тийш хөдөлж, бид OB муруйд ижил төстэй байдлаар хүрнэ. Энэ нь хатуу төлөвийн уурын тэнцвэрийн муруй буюу сублимацийн муруй юм. Энэ нь мөс ба усны уур тэнцвэрт байдалд байгаа температур, даралтын хос утгуудтай тохирч байна.

Бүх гурван муруй нь О цэг дээр огтлолцдог. Энэ цэгийн координатууд нь мөс, шингэн ус, уур зэрэг бүх гурван үе тэнцвэрт байдалд байж болох температур ба даралтын цорын ганц хос утгууд юм. Үүнийг гурвалсан цэг гэж нэрлэдэг.

Хайлах муруйг маш өндөр даралт хүртэл судалсан. Энэ хэсэгт мөсний хэд хэдэн өөрчлөлтийг илрүүлсэн (диаграммд харуулаагүй).

Баруун талд, буцалгах муруй нь чухал цэг дээр дуусдаг. Энэ цэгт тохирсон температурт - эгзэгтэй температур - шингэн ба уурын физик шинж чанарыг тодорхойлдог хэмжигдэхүүнүүд ижил болж, шингэн ба уурын төлөв байдлын ялгаа алга болно.

Критик температур байгаа эсэхийг 1860 онд Д.И.Менделеев шингэний шинж чанарыг судалж тогтоожээ. Тэр эгзэгтэй температураас дээш температурт бодис шингэн төлөвт байж болохгүй гэдгийг харуулсан. 1869 онд Эндрюс хийн шинж чанарыг судалж үзээд ижил төстэй дүгнэлтэд хүрчээ.

Янз бүрийн бодисын хувьд чухал температур ба даралт өөр өөр байдаг. Тэгэхээр устөрөгчийн хувьд, , хлорын хувьд, , усны хувьд, .

Усны бусад бодисоос ялгарах нэг онцлог нь даралт ихсэх тусам мөсний хайлах цэг буурч байгаа явдал юм (§ 70-ыг үз). Энэ нөхцөл байдлыг диаграммд тусгасан болно. Усны фазын диаграмм дээрх OC хайлах муруй зүүн тийш, бусад бараг бүх бодисын хувьд баруун тийшээ дээшилдэг.

Агаар мандлын даралт дахь устай холбоотой өөрчлөлтүүдийг диаграммд харгалзах хэвтээ шугам дээр байрлах цэгүүд эсвэл сегментүүдээр тусгана. Тиймээс хайлах мөс эсвэл усны талсжилт нь D цэг (Зураг 73), буцалж буй ус - Е цэг, халаах эсвэл хөргөх ус - DE сегмент гэх мэт.

Шинжлэх ухаан эсвэл практик ач холбогдолтой хэд хэдэн бодисын хувьд фазын диаграммыг судалсан. Зарчмын хувьд тэдгээр нь усны төлөв байдлын диаграммтай төстэй юм. Гэсэн хэдий ч янз бүрийн бодисын фазын диаграммд онцлог шинж чанарууд байж болно. Тиймээс гурвалсан цэг нь атмосферийн даралтаас давсан даралтанд оршдог бодисыг мэддэг. Энэ тохиолдолд талстыг атмосферийн даралтаар халаах нь энэ бодисыг хайлахад хүргэдэггүй, харин түүний сублимаци - хатуу фазыг хийн фаз руу шууд хувиргах,

Гиббсийн фазын дүрмийг нэг бүрэлдэхүүн хэсэгтэй системд хэрэглэх. Ус ба хүхрийн фазын диаграмм

Нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн системийн хувьд TO=1 ба фазын дүрмийг дараах байдлаар бичнэ.

C = 3– Ф

Хэрэв Ф= 1, тэгвэл ХАМТ=2, тэд систем гэж хэлдэг хоёр хувьсах;
Ф= 2, тэгвэл ХАМТ=1 , систем моновариант;
Ф= 3, тэгвэл ХАМТ = 0, систем хувирамтгай.

Даралтын хоорондын хамаарал ( Р), температур ( Т) ба хэмжээ ( В) үе шатуудыг гурван хэмжээстээр дүрсэлж болно фазын диаграм. Цэг бүр (дэв дүрслэлийн цэг) ийм диаграмм дээр зарим тэнцвэрийн төлөвийг дүрсэлсэн. Энэ диаграмын хэсгүүдтэй онгоц ашиглан ажиллах нь ихэвчлэн илүү тохиромжтой байдаг Р - Т(цагт V = const) эсвэл онгоц P–V(цагт T = const). Дараах зүйлд бид зөвхөн онгоцоор огтлолцсон тохиолдлыг авч үзэх болно Р - Т(цагт V = const).

Усны төлөв байдлыг янз бүрийн температур, даралтын хүрээнд судалсан. Өндөр даралтын үед мөсний дор хаяж арван талст өөрчлөлт байгаа нь тогтоогдсон. Хамгийн их судлагдсан нь мөс I - байгальд олдсон мөсний цорын ганц өөрчлөлт юм.

Бодисын янз бүрийн өөрчлөлтүүд - полиморфизм нь төлөв байдлын диаграммын хүндрэлд хүргэдэг.

Координат дахь усны фазын диаграмм Р - Т 15-р зурагт үзүүлэв. Энэ нь 3-аас бүрдэнэ фазын талбарууд- янз бүрийн газар нутаг Р, Т- мөс, шингэн ус эсвэл уурын тодорхой фазын хэлбэрээр ус байх утгууд (зураг дээр L, F, P үсгээр тус тус заасан). Эдгээр фазын талбарууд нь 3 хилийн муруйгаар тусгаарлагддаг.

Муруй AB - ууршилтын муруй, хамаарлыг илэрхийлдэг температураас шингэн усны уурын даралт(эсвэл эсрэгээр нь усны буцалгах цэгийн гадаад даралтаас хамаарах хамаарлыг илэрхийлнэ). Өөрөөр хэлбэл, энэ шугам нь хоёр фазын тэнцвэрт байдалд нийцдэг.

Шингэн ус ↔ уур, фазын дүрмээр тооцсон эрх чөлөөний градусын тоо ХАМТ= 3 – 2 = 1. Энэ тэнцвэрийг гэнэ моновариант. Энэ нь системийн бүрэн тайлбарыг зөвхөн тодорхойлоход л хангалттай гэсэн үг юм нэг хувьсагч- температур эсвэл даралт, учир нь өгөгдсөн температурт зөвхөн нэг тэнцвэрийн даралт, өгөгдсөн даралтын хувьд зөвхөн нэг тэнцвэрийн температур байдаг.

AB шугамын доорх цэгүүдэд тохирох даралт ба температурт шингэн нь бүрэн уурших бөгөөд энэ бүс нь уурын муж юм. Өгөгдсөн нэг фазын муж дахь системийг дүрслэхийн тулд температур ба даралт гэсэн хоёр бие даасан хувьсагч шаардлагатай. ХАМТ = 3 – 1 = 2).

AB шугамын дээрх цэгүүдэд тохирох даралт ба температурт уур нь шингэн болж бүрэн конденсацдаг ( ХАМТ= 2). Ууршилтын муруй AB дээд хязгаар нь В цэгт байх бөгөөд үүнийг чухал цэг гэж нэрлэдэг (усны хувьд 374.2ºС ба 218.5). атм.). Энэ температураас дээш бол шингэн ба уурын үе шатууд ялгагдахгүй (шингэн/уурын интерфейс алга болно), тиймээс Ф = 1.

AC шугам - хараат байдлыг тусгасан мөсний сублимацийн муруй (заримдаа сублимацийн шугам гэж нэрлэдэг) температур дээрх мөс дээрх усны уурын даралт. Энэ шугам нь моновариант тэнцвэрийн мөс ↔ уур ( ХАМТ= 1). АС шугамын дээр мөсөн талбай, доор нь уурын хэсэг байна.

AD шугам - хайлах муруй, хамаарлыг илэрхийлнэ мөс хайлах температур ба даралтба моновариант тэнцвэрийн мөс ↔ шингэн устай тохирч байна. Ихэнх бодисын хувьд AD шугам нь босоо тэнхлэгээс баруун тийш хазайдаг боловч усны зан байдал нь хэвийн бус байдаг: шингэн ус нь мөсөөс бага эзэлхүүн эзэлдэг. Даралт ихсэх нь тэнцвэрт байдал шингэн үүсэх чиглэлд шилжих болно, өөрөөр хэлбэл хөлдөх цэг буурах болно.

Өндөр даралтын үед мөс хайлах муруйг тодорхойлохын тулд Бридгманы анх хийсэн судалгаагаар эхнийхээс бусад мөсний одоо байгаа бүх талст өөрчлөлтүүд уснаас илүү нягт болохыг харуулсан. Ийнхүү МЭ шугамын дээд хязгаар нь I мөс (ердийн мөс), III мөс, шингэн ус зэрэг тэнцвэрт байдалд орших D цэг юм. Энэ цэг нь -22ºС ба 2450 хэмд байрладаг атм.

Цагаан будаа. 15. Усны фазын диаграмм

Усны жишээг ашиглан фазын диаграмм нь 15-р зурагт үзүүлсэн шиг үргэлж энгийн байдаггүй нь тодорхой байна. Ус нь талст бүтцээрээ ялгаатай хэд хэдэн хатуу фазын хэлбэрээр байж болно (16-р зургийг үз).

Цагаан будаа. 16. Өргөн хүрээний даралтын утгын усны өргөтгөсөн фазын диаграм.

Усны гурвалсан цэг (шингэн, мөс, уур гэсэн гурван фазын тэнцвэрийг тусгасан цэг) агаар байхгүй үед 0.01ºС ( Т = 273,16К) ба 4.58 ммМУБ. Эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоо ХАМТ= 3-3 = 0 ба ийм тэнцвэрийг инвариант гэж нэрлэдэг.

Агаар байгаа үед гурван фаз нь 1-ийн тэнцвэрт байдалд байна атм. ба 0ºС ( Т = 273,15К). Агаар дахь гурвалсан цэгийн бууралт нь дараахь шалтгааны улмаас үүсдэг.

1. Шингэн усанд агаарын уусах чадвар 1 атм, энэ нь гурвалсан цэгийг 0.0024ºС-ээр бууруулахад хүргэдэг;

2. 4.58-аас даралтын өсөлт ммМУБ. 1 хүртэл атм, энэ нь гурвалсан цэгийг өөр 0.0075ºС-ээр бууруулдаг.