Sistem tek bileşenliyse, yani kimyasal olarak homojen bir maddeden veya onun bileşiğinden oluşuyorsa, faz kavramı, toplanma durumu kavramıyla örtüşür. § 60'a göre, moleküllerin kaotik termal hareketinin serbestlik derecesi başına ortalama enerjisinin iki katı ile moleküller arasındaki etkileşimin en düşük potansiyel enerjisi arasındaki ilişkiye bağlı olarak aynı madde, üç toplanma durumundan birinde olabilir: katı , sıvı veya gaz halinde. Bu oran da dış koşullar - sıcaklık ve basınç - tarafından belirlenir. Sonuç olarak faz dönüşümleri sıcaklık ve basınçtaki değişikliklerle de belirlenir. Faz dönüşümlerini görsel olarak tasvir etmek için kullanılır. durum diyagramı(Şekil 115), koordinatlarda r, T faz geçiş sıcaklığı ve basıncı arasındaki ilişki, diyagram alanını katının (TT) varoluş koşullarına karşılık gelen üç alana bölen buharlaşma (EC), erime (MC) ve süblimleşme (CS) eğrileri şeklinde belirtilir, sıvı (L) ve gaz (G) fazlar Diyagramdaki eğrilere denir faz denge eğrileri,üzerlerindeki her nokta karşılık gelir

bir arada var olan iki fazın denge koşullarını karşılar: CP - sağlam ve sıvılar, CI - sıvılar ve gazlar, KS - katılar ve gazlar.

Bu eğrilerin kesiştiği ve dolayısıyla bir maddenin üç fazının aynı anda dengede bir arada bulunması için koşulları (sıcaklık T tr ve karşılık gelen denge basıncı p tr) belirleyen noktaya denir. üçlü nokta. Her maddenin yalnızca bir üçlü noktası vardır. Üçlü nokta su, 273,16 K sıcaklıkla karakterize edilir (Celsius ölçeğinde 0,01 °C sıcaklığa karşılık gelir) ve termodinamik sıcaklık ölçeği oluşturmak için ana referans noktasıdır.

Termodinamik, aynı maddenin iki fazının denge eğrisini hesaplamak için bir yöntem sağlar. Buna göre Clapeyron-Clausius denklemi, denge basıncının sıcaklığa göre türevi

Nerede L- sıcaklık faz geçişi, (V 2 -V 1) -Bir maddenin birinci fazdan ikinci faza geçişi sırasında hacmindeki değişiklik, T- geçiş sıcaklığı (izotermal süreç).

Clapeyron-Clausius denklemi denge eğrilerinin eğimlerini belirlememize olanak sağlar. O zamandan beri L Ve T pozitiftir, eğim işaretiyle verilir V 2 -V 1. Sıvıların buharlaşması ve katıların süblimleşmesi sırasında maddenin hacmi her zaman artar, dolayısıyla (76.1), d'ye göre P/D T>0; bu nedenle bu işlemlerde sıcaklıktaki bir artış basınçta bir artışa yol açar ve bunun tersi de geçerlidir. Çoğu madde eridiğinde hacim genellikle artar; P/D T>0; bu nedenle basınçtaki bir artış erime sıcaklığında bir artışa yol açar (Şekil 115'teki katı CP). Bazı maddeler için (H2O, Ge, dökme demir vb.), sıvı fazın hacmi katı fazın hacminden azdır, yani d P/D T<0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая ли­ния на рис. 115).

Durum diyagramı dayalı

deneysel verilere dayanarak belirli bir maddenin belirli bir durumda hangi durumda olduğuna karar vermemizi sağlar R Ve T, ve ayrıca belirli bir işlem sırasında hangi faz geçişlerinin meydana geleceği. Örneğin, noktaya karşılık gelen koşullar altında 1 (Şekil 116), madde katı haldedir, 2. nokta gaz halindedir ve 3. nokta hem sıvı hem de gaz halindedir. Maddenin noktaya karşılık gelen katı halde olduğunu varsayalım. 4, yatay kesikli çizgi faz diyagramında gösterilen izobarik ısıtmaya maruz kalır 4- 5-6. Şekil, noktaya karşılık gelen bir sıcaklıkta olduğunu göstermektedir. 5, madde noktaya karşılık gelen daha yüksek bir sıcaklıkta erir 6 - gaza dönüşmeye başlar. Madde 7. noktaya karşılık gelen katı halde ise, izobarik ısıtma sırasında (kesikli çizgi 7- 8) kristal sıvı faza geçmeden gaza dönüşür. Madde 9. noktaya karşılık gelen durumdaysa, izotermal sıkıştırma sırasında (kesikli çizgi) 9-10) şu üç durumdan geçecektir: gaz - sıvı - kristal durum.

Durum diyagramı (bkz. Şekil 115 ve 116) buharlaşma eğrisinin kritik K noktasında bittiğini gösterir. Bu nedenle mümkündür sürekli bir maddenin buharlaşma eğrisini geçmeden kritik noktayı atlayarak sıvıdan gaz durumuna ve geriye geçişi (geçiş) 11 -12 Şek. 116), yani faz dönüşümlerinin eşlik etmediği bir geçiş. Bu, gaz ve sıvı arasındaki farkın tamamen niceliksel olması nedeniyle mümkündür.

nym (örneğin bu durumların her ikisi de izotropiktir). Kristal halinden (anizotropi ile karakterize edilen) sıvı veya gaz haline geçiş yalnızca ani olabilir (faz geçişinin bir sonucu olarak), bu nedenle

kritik noktada buharlaşma eğrisinde olduğu gibi erime ve süblimleşme eğrileri kopamaz. Erime eğrisi sonsuza gider ve süblimleşme eğrisi şu noktaya gider: R= 0 ve T= 0.

Güvenlik soruları

Gerçek gazlar ideal gazlardan nasıl farklıdır? Van der Waals denklemini türetirken yapılan düzeltmelerin anlamı nedir?

Aşırı ısıtılmış sıvı ve aşırı doymuş buhar neden yarı kararlı hallerdir? Bir gazın boşluğa adyabatik genleşmesi sırasında iç enerjisi değişmez. Gaz ideal ise sıcaklık nasıl değişecektir? gerçek?

Joule-Thomson etkisinin özü ve nedenleri nelerdir? Ne zaman olumlu denir? negatif?

Neden tüm maddelerin yüzey gerilimi sıcaklıkla azalır? Yüzey aktif maddeler nelerdir? Bir sıvı hangi koşullar altında katıyı ıslatır? ıslanmıyor mu? Kılcal damardaki ıslatma sıvısının yükseliş yüksekliğini ne belirler? Tek kristallerin polikristallerden farkı nedir? Kristaller nasıl sınıflandırılabilir?

Klasik ısı kapasitesi teorisine dayanan Dulong ve Petit kanunu nasıl elde edilir? Belirli bir miktar katı madde aynı maddeyle sıvı halde karıştırılır. Bu karışım biraz ısıtıldığında sıcaklığı neden yükselmiyor? Birinci dereceden faz geçişinin ikinci dereceden faz geçişinden farkı nedir?

Görevler

10.1. Kütlesi m=1 kg olan karbondioksit, 20 litre kapasiteli bir kapta 290 K sıcaklıkta bulunmaktadır. Aşağıdaki durumlarda gaz basıncını belirleyin: 1) gaz gerçekse; 2) ideal gaz. Sonuçlardaki farkı açıklayın. Değişiklikler A Ve B sırasıyla 0,365 Nm4/mol2 ve 4,3±10-5 m3/mol'e eşit alın. [1) 2,44 MPa; 2) 2,76 MPa]

10.2. v = 2 mol miktarında madde içeren oksijen bir hacim kaplar V 1 = 1 l. Eğer oksijen adyabatik olarak vakumda V 2 = 10 litre hacme kadar genişlerse sıcaklığındaki T değişimini belirleyin. Değişiklik A 0,136 Nm4/mol2'ye eşit alın. [-11.8K |

10.3. Moleküllerin çekim kuvvetlerinin ihmal edilebileceği gaz kısılırsa Joule-Thomson etkisinin her zaman negatif olduğunu gösterin.

10.4. Sabun köpüğü oluşum sürecinin izotermal olduğunu dikkate alarak yapılan işi belirleyiniz. A,çapını arttırmak için yapılması gereken D 1 =2 cm ila d 2 =6 cm Sabun çözeltisinin yüzey gerilimini 40 mN/m'ye eşit alın.

10.7. 25 g ağırlığındaki metal bir topu 10 °C'den 30 °C'ye ısıtmak için 117 J'ye eşit miktarda ısı harcandı. Topun ısı kapasitesini Dulong ve Petit kanunundan ve topun malzemesinden belirleyin. [M107 kg/mol; gümüş]

*P. Laplace (1749) -1827) -Fransız bilim adamı.

* K. Linde (1842-1934) - Alman fizikçi ve mühendis.

Yani buhar, sıvı ve kristalin çiftler halinde dengede bulunabileceği koşullar vardır. Her üç durum da dengede olabilir mi? Basınç-sıcaklık diyagramında böyle bir nokta vardır; buna üçlü denir. Nerede?

Sıfır derecede kapalı bir kaba yüzen buzlu su koyarsanız, su (ve "buz") buharı boş alana akmaya başlayacaktır. 4,6 mm Hg buhar basıncında. Sanat. buharlaşma duracak ve doygunluk başlayacaktır. Artık üç faz (buz, su ve buhar) denge halinde olacak. Bu üçlü noktadır.

Farklı durumlar arasındaki ilişkiler, Şekil 2'de gösterilen su diyagramında açık ve net bir şekilde gösterilmiştir. 4.11.

Böyle bir diyagram herhangi bir cisim için oluşturulabilir.

Şekildeki eğriler bize tanıdık geliyor; bunlar buz ve buhar, buz ve su, su ve buhar arasındaki denge eğrileridir. Basınç her zamanki gibi dikey olarak çizilir, sıcaklık ise yatay olarak çizilir.

Üç eğri üçlü noktada kesişiyor ve diyagramı buz, su ve su buharından oluşan yaşam alanları olmak üzere üç bölgeye ayırıyor.

Durum diyagramı yoğunlaştırılmış bir referanstır. Amacı, şu ve bu basınçta ve şu sıcaklıkta vücudun hangi durumunun stabil olduğu sorusuna cevap vermektir.

Su veya buhar “sol bölge” şartlarına konulursa buz haline gelecektir. “Alt bölgeye” bir sıvı veya katı madde eklerseniz buhar elde edersiniz. "Doğru bölgede" buhar yoğunlaşacak ve buz eriyecektir.

Faz varlığı diyagramı, bir maddeye ısıtıldığında veya sıkıştırıldığında ne olacağına anında cevap vermenizi sağlar. Sabit basınçta ısıtma, diyagramda yatay bir çizgi ile temsil edilir. Vücudun durumunu temsil eden bir nokta bu çizgi boyunca soldan sağa doğru hareket eder.

Şekilde bu tür iki çizgi gösterilmektedir, bunlardan biri normal basınçta ısınmaktadır. Çizgi üçlü noktanın üzerinde yer alır. Bu nedenle, önce erime eğrisiyle, ardından çizimin dışında buharlaşma eğrisiyle kesişecektir. Normal basınçtaki buz 0°C sıcaklıkta eriyecek ve ortaya çıkan su 100°C sıcaklıkta kaynayacaktır.

Çok düşük basınçta, örneğin 5 mmHg'nin hemen altında ısıtılan buz için durum farklı olacaktır. Sanat. Isıtma işlemi üçlü noktanın altına inen bir çizgi ile gösterilir. Erime ve kaynama eğrileri bu çizgiyle kesişmez. Bu kadar düşük bir basınçta ısıtma, buzun doğrudan buhara geçişine yol açacaktır.

Şek. Şekil 4.12'de aynı diyagram, su buharının şekilde çarpı işaretiyle işaretlenmiş durumda sıkıştırılması durumunda ne gibi ilginç bir olayın meydana geleceğini göstermektedir. Buhar önce buza dönüşecek, sonra eriyecektir. Çizim, kristalin hangi basınçta büyümeye başlayacağını ve erimenin ne zaman gerçekleşeceğini hemen söylemenizi sağlar.

Bütün maddelerin faz diyagramları birbirine benzer. Günlük bakış açısından büyük farklılıklar, üçlü noktanın diyagramdaki konumunun farklı maddeler için çok farklı olabilmesi nedeniyle ortaya çıkar.

Sonuçta, "normal koşullara" yakın bir yerde, yani esas olarak bir atmosfere yakın bir basınçta yaşıyoruz. Bir maddenin üçlü noktasının normal basınç çizgisine göre nasıl konumlandığı bizim için çok önemlidir.

Üçlü noktadaki basınç atmosferik basınçtan azsa, o zaman "normal" koşullarda yaşayan bizler için madde erime olarak sınıflandırılır. Sıcaklık arttıkça önce sıvıya dönüşür, sonra kaynar.

Tersi durumda - üçlü noktadaki basınç atmosferik basınçtan daha yüksek olduğunda - ısıtıldığında sıvıyı görmeyeceğiz, katı doğrudan buhara dönüşecektir. Dondurma satıcıları için oldukça uygun olan “kuru buz” bu şekilde davranır. Dondurma briketleri "kuru buz" parçalarıyla aktarılabilir ve dondurmanın ıslanmasından korkmazsınız. "Kuru buz" katı karbondioksit C0 2'dir. Bu maddenin üçlü noktası 73 atm'dedir. Bu nedenle, katı CO2 ısıtıldığında, durumunu temsil eden nokta yatay olarak hareket eder ve yalnızca katının buharlaşma eğrisiyle kesişir (yaklaşık 5 mm Hg basınçta sıradan buz için olduğu gibi).

Okuyucuya Kelvin ölçeğinde bir derece sıcaklığın nasıl belirlendiğini veya SI sisteminin artık söylememizi gerektirdiği gibi bir kelvin'in nasıl belirlendiğini anlatmıştık. Ancak sıcaklığın belirlenmesi prensibinden bahsediyorduk. Tüm metroloji enstitülerinin ideal gaz termometreleri yoktur. Bu nedenle sıcaklık ölçeği, maddenin farklı halleri arasında doğanın sabitlediği denge noktaları kullanılarak oluşturulur.

Suyun üçlü noktası bunda özel bir rol oynar. Kelvin derecesi artık suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığının 273,16'sı olarak tanımlanıyor. Oksijenin üçlü noktası 54,361 K olarak alınmıştır. Altının katılaşma sıcaklığı 1337,58 K olarak ayarlanmıştır. Bu referans noktaları kullanılarak herhangi bir termometre doğru bir şekilde kalibre edilebilir.

Hareket. Sıcaklık Kitaygorodsky Alexander Isaakovich

Üçlü nokta

Üçlü nokta

Yani buhar, sıvı ve kristalin çiftler halinde dengede bulunabileceği koşullar vardır.

Bütün devletler dengede olabilir mi? Basınç-sıcaklık diyagramında böyle bir nokta vardır; buna üçlü denir. Nerede?

Sıfır derecede kapalı bir kaba yüzen buzlu su koyarsanız, su (ve "buz") buharı boş alana akmaya başlayacaktır. 4,6 mm Hg basınçta buharlaşma duracak ve doygunluk başlayacaktır. Artık üç faz (buz, su ve buhar) denge halinde olacak. Bu üçlü noktadır.

Farklı durumlar arasındaki ilişkiler, Şekil 2'de gösterilen su diyagramında açık ve net bir şekilde gösterilmiştir. 103.

Böyle bir diyagram herhangi bir cisim için oluşturulabilir.

Şekildeki eğriler bize tanıdık geliyor; bunlar buz ve buhar, buz ve su, su ve buhar arasındaki denge eğrileridir. Basınç her zamanki gibi dikey olarak çizilir, sıcaklık ise yatay olarak çizilir.

Üç eğri üçlü noktada kesişiyor ve diyagramı buz, su ve su buharından oluşan yaşam alanları olmak üzere üç bölgeye ayırıyor.

Durum diyagramı yoğunlaştırılmış bir referanstır. Amacı, şu ve bu basınçta ve şu sıcaklıkta vücudun hangi durumunun stabil olduğu sorusuna cevap vermektir.

Su veya buhar “sol bölge” şartlarına konulursa buz haline gelecektir. “Alt bölgeye” sıvı veya katı bir madde eklerseniz buhar elde edersiniz. "Doğru bölgede" buhar yoğunlaşacak ve buz eriyecektir.

Faz varlığı diyagramı, bir maddeye ısıtıldığında veya sıkıştırıldığında ne olacağına anında cevap vermenizi sağlar. Sabit basınçta ısıtma, diyagramda yatay bir çizgi ile temsil edilir. Vücudun durumunu temsil eden bir nokta bu çizgi boyunca soldan sağa doğru hareket eder.

Şekilde bu tür iki çizgi gösterilmektedir, bunlardan biri normal basınçta ısınmaktadır. Çizgi üçlü noktanın üzerinde yer alır. Bu nedenle, önce erime eğrisiyle, ardından çizimin dışında buharlaşma eğrisiyle kesişecektir. Normal basınçtaki buz 0°C sıcaklıkta eriyecek ve elde edilen su 100°C sıcaklıkta kaynayacaktır.

Çok düşük basınçta, örneğin 5 mm Hg'nin hemen altında ısıtılan buz için durum farklı olacaktır.

Isıtma işlemi üçlü noktanın altına inen bir çizgi ile gösterilir. Erime ve kaynama eğrileri bu çizgiyle kesişmez. Bu kadar düşük bir basınçta ısıtma, buzun doğrudan buhara geçişine yol açacaktır.

Şek. Şekil 104'te, aynı diyagram, su buharının şekilde çarpı işaretiyle işaretlenmiş durumda sıkıştırılması durumunda ne gibi ilginç bir olayın meydana geleceğini göstermektedir. Buhar önce buza dönüşecek, sonra eriyecektir. Çizim, kristalin hangi basınçta büyümeye başlayacağını ve erimenin ne zaman gerçekleşeceğini hemen söylemenizi sağlar.

Bütün maddelerin faz diyagramları birbirine benzer. Günlük bakış açısından büyük farklılıklar, üçlü noktanın diyagramdaki konumunun farklı maddeler için çok farklı olabilmesi nedeniyle ortaya çıkar.

Sonuçta “normal koşullara” yakın bir yerde yaşıyoruz, yani. öncelikle bir atmosfere yakın basınçlarda. Bir maddenin üçlü noktasının normal basınç çizgisine göre nasıl konumlandığı bizim için çok önemlidir.

Üçlü noktadaki basınç atmosferik basınçtan azsa, o zaman "normal" koşullarda yaşayan bizler için madde erime olarak sınıflandırılır. Sıcaklık arttıkça önce sıvıya dönüşür, sonra kaynar. Tersi durumda - üçlü noktadaki basınç atmosferik basınçtan daha yüksek olduğunda - ısıtıldığında sıvıyı görmeyeceğiz, katı doğrudan buhara dönüşecektir. Dondurma satıcıları için oldukça uygun olan “kuru buz” bu şekilde davranır. Dondurma briketleri "kuru buz" parçalarıyla aktarılabilir ve dondurmanın ıslanmasından korkmazsınız. “Kuru buz” katı karbondioksit CO2'dir. Bu maddenin üçlü noktası 73 atm'dedir. Bu nedenle, katı CO2 ısıtıldığında, durumunu temsil eden nokta yatay olarak hareket eder ve yalnızca katının buharlaşma eğrisiyle kesişir (yaklaşık 5 mm Hg basınçta sıradan buz için olduğu gibi).