фазові перетворення

Фаза сукупність однорідних, однакових за своїми властивостями частин системи. При певних умовах (p і T) дві різні фази одного і того ж речовини можуть перебувати в рівновазі. Існує також точка, при якій в рівновазі можуть знаходитися 3 фази (потрійна точка). Перехід з однієї фази в іншу називається фазовим переходом. Фазові переходи, які супроводжуються поглинанням або виділенням тепла (прихованої теплоти фазового переходу) називаються фазовими переходами першого роду. Існують також фазові переходи другого роду, при яких не відбувається поглинання або виділення тепла, а стрибком змінюються деякі параметри (переходи між кристалічними модифікаціями, перехід в надпровідний стан і т.п.).

Перехід рідини в газоподібний стан називається випаровуванням. зворотний процес називається конденсацією. Перехід в газоподібний стан твердого тіла носить назву сублімації.

Тепло q, яке необхідно повідомити одиниці маси речовини для того, щоб перетворити її на пару, що знаходиться при тій же температурі, яку мало речовина до випаровування, називається питомою теплотою випаровування (або сублімації). При конденсації тепло, витрачений при випаровуванні, віддається назад: що утворюється при конденсації рідину (або тверде тіло) нагрівається.

Випаровування (сублімація) відбуваються до настання рівноваги між газом і рідиною (газом і твердим тілом). При досягненні певного для даної температури тиску кількості молекул, що залишають рідину і повертаються в неї, стануть рівні. Починаючи з цього моменту, щільність пара перестає змінюватися. Між рідиною і парою встановиться динамічна рівновага, яке буде існувати до тих пір, поки не зміниться обсяг або температура системи. Пар, що знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченим. Тиск, при якому спостерігається рівновага, називається тиском (або пружністю) насиченої пари. Тиск насиченої пари зростає з температурою.

Розглянемо процес стиснення газу при постійній температурі (тобто отримаємо ізотерму реального газу). Спочатку в міру зменшення обсягу тиск газу буде рости (рис.1). Після досягнення обсягу Vг тиск перестає змінюватися, а частина газу конденсується в рідину. Відбувається розшарування речовини на дві фази: рідку і газоподібну. У міру подальшого зменшення обсягу все більша частина газу перетворюється на рідку фазу, причому перехід здійснюється при постійному тиску РНП (тиску насиченої пари). Послетого як процес конденсації речовини закінчується (при досягненні обсягу Vж), подальше зменшення обсягу починає супроводжуватися швидким зростанням тиску.

Ставлення мас рідини і насиченої пари в двофазному стані дорівнює відношенню відрізків, на які ділить горизонтальну ділянку ізотерми точка, яка зображує стан.

На рис.2 наведені ізотерми для кількох значень температури. З малюнка видно, що з підвищенням температури горизонтальну ділянку ізотерми скорочується, стягуючи в точку, звану критичною точкою. Відповідну цього стану температуру Ткр. обсяг Vкр. тиск Pкр називають також критичними величинами. Відзначимо, що з ростом температури щільність рідини зменшується, а насиченого пара збільшується і в критичній точці відмінність між рідиною і насиченою парою зникає (щільності рідини і пара стають рівними). Газ вище критичної температури не можна перетворити в рідину

Поняття критичної температури вперше було введено Д. І. Менделєєвим. Він назвав її температурою абсолютного кипіння рідини і розглядав як температуру, при якій зникають сили зчеплення між молекулами і рідина перетворюється на пару.

На рис.3 накладені одна на іншу реальна ізотерма і ізотерма Ван-дер-Ваальса. З зіставлення ізотерми Ван-дер-Ваальса з реальною изотермой випливає, що вони приблизно збігаються на ділянках, що відповідають однофазним станам речовини (газу та рідини), але поводяться зовсім по-різному в області розшарування на дві фази (де існують насичений пар і рідина) . Замість S-образного завитка на изотерме Ван-дер-Ваальса реальна ізотерма має в цій області прямолінійний горизонтальний ділянку.