Фазовая диаграмма – это графическое представление давления и температуры материала. Фазовые диаграммы показывают состояние вещества при заданном давлении и температуре. Они показывают границы между фазами и процессы, которые происходят при изменении давления и/или температуры, чтобы пересечь эти границы. В этой статье рассказывается, что можно узнать из фазовой диаграммы и как ее читать.
Фазовые диаграммы – Фазы материи и фазовые переходы
Одно из свойств материи – это ее состояние. Состояния вещества включают твердую, жидкую или газовую фазы. При высоких давлениях и низких температурах вещество находится в твердой фазе. При низком давлении и высокой температуре вещество находится в газовой фазе. Жидкая фаза появляется между двумя областями. На этой диаграмме точка A находится в сплошной области. Точка B находится в жидкой фазе, а точка C – в газовой.
Линии на фазовой диаграмме соответствуют разделительным линиям между двумя фазами. Эти линии известны как границы фаз. В точке на границе раздела фаз вещество может находиться либо в одной, либо в другой фазе, которые появляются по обе стороны границы. Эти фазы существуют в равновесии друг с другом.
На фазовой диаграмме есть два интересных момента. Точка D – это точка, где встречаются все три фазы. Когда материал находится при таком давлении и температуре, он может существовать во всех трех фазах. Эта точка называется тройной точкой.
Другой интересный момент – это когда давление и температура достаточно высоки, чтобы нельзя было отличить разницу между газовой и жидкой фазами. Вещества в этой области могут принимать свойства и поведение как газа, так и жидкости. Эта область известна как область сверхкритической жидкости. Минимальное давление и температура, при которых это происходит, точка E на этой диаграмме, известна как критическая точка.
На некоторых фазовых диаграммах выделяются две другие интересные точки. Эти точки возникают, когда давление равно 1 атмосфере и пересекает линию границы раздела фаз. Температура, при которой точка пересекает границу твердое тело/жидкость, называется нормальной точкой замерзания. Температура, при которой точка пересекает границу жидкость/газ, называется нормальной точкой кипения. Фазовые диаграммы полезны, чтобы показать, что произойдет, когда давление или температура переместятся из одной точки в другую. Когда путь пересекает границу, происходит изменение фазы.
Имена для фазовых изменений
Каждый Переход границы имеет собственное название в зависимости от направления, в котором она пересекает границу.
При переходе от твердой фазы к жидкой фазе через границу твердое тело/жидкость материал плавится.
При движении в противоположном направлении, от жидкой фазы к твердой, материал замерзает.
При перемещении от твердой фазы к газовой, материал подвергается сублимации . В противоположном направлении, от газа к твердой фазе, материал подвергается осаждению.
Переход от жидкой фазы к газовой фазе называется испарением. Противоположное направление, газовая фаза в жидкую фазу, называется конденсацией.
Вкратце:
твердое тело → жидкость: плавление
жидкость → твердое тело: замерзание
твердое тело → газ: сублимация
газ → твердое тело: осаждение
жидкость → газ: испарение
газ → жидкость: конденсация
Существуют и другие фазы материя, например, плазма. Однако их, как правило, не включают в фазовые диаграммы, поскольку для их образования требуются особые условия.
Некоторые фазовые диаграммы содержат дополнительную информацию. Например, фазовая диаграмма вещества, образующего кристалл, может содержать линии, обозначающие различные возможные формы кристаллов. Фазовая диаграмма воды может включать температуры и давления, при которых лед образует ромбические и гексагональные кристаллы. Фазовая диаграмма для органического соединения может включать мезофазы, которые являются промежуточными фазами между твердым телом и жидкостью. Мезофазы представляют особый интерес для технологии жидких кристаллов.
Хотя фазовые диаграммы на первый взгляд кажутся простыми, они содержат огромное количество информации о материале для тех, кто учится их читать.
Источники
- Дорин, Генри; Деммин, Питер Э .; Гэйбл, Дороти Л. Химия: Исследование Материи (4-е изд.). Прентис Холл. С. 266–273. ISBN 978-0-13-127333-7.
- Papon, P .; Leblond, J .; Мейер, П. Х. Э. (2002). Физика фазового перехода: концепции и приложения . Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-43236-4.
- Predel, Bruno; Hoch, Michael J. R .; Пул, Монте (2004). Фазовые диаграммы и гетерогенные равновесия: практическое введение . Springer. ISBN 978-3-540-14011-5.
- Земанский, Марк У .; Диттман, Ричард Х. (1981). Тепло и термодинамика (6-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-072808-0.
