Диаграмма состояния.

При различных температурах и давлениях вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. При низкой температуре и высоком давлении вещество находится в твердом состоянии. При высоких температурах и низких давлениях вещество находится в состоянии газа. При промежуточных значениях параметров существует жидкая фаза. На границах, разделяющих области существования чистых фаз, соседствующие фазы сосуществуют. Если на диаграмме провести границы раздела между областями существования чистых фаз (кривые сосуществования), то получится диаграмма состояния вещества в P-Т координатах.

Характерные свойства кривых сосуществования:

1) давление насыщенных паров (газовая фаза, сосуществующая с жидкой фазой) растет с ростом температуры. Значит, граница раздела жидкой и газовой среды идет слева-снизу, вверх-направо;

2 ) температура плавления слабо зависит от давления. Значит, граница раздела твердой и жидкой фазы должна идти очень круто (почти вертикально);

3) твердая фаза может сосуществовать с газовой. Соответствующий переход – возгонка или сублимация; граница напоминает границу раздела газ-жидкость;

4) для всех веществ, за исключением гелия, возможно сосуществование сразу трех фаз; такое может быть только при определенном значении температуры и давления; это состояние называется тройной точкой.

Типичная диаграмма состояния показана на рисунке 77. Граница жидкость-твердое тело изображена в двух вариантах. Случай, когда наклон положительный, означает, что температура плавления растет с ростом давления. Это наиболее часто встречающаяся ситуация. Но у некоторых веществ, например, висмута, воды, некоторых сортов чугуна граница раздела имеет отрицательный наклон. Температура плавления этих веществ понижается с ростом давления.

Пар, находящийся в состоянии, не лежащем на кривой сосуществования, обладает упругостью по отношению к сжатию и полностью удовлетворяет уравнению состояния (любой газ является чьим-либо паром). Пар, находящийся в тепловом равновесии с жидкостью, не обладает упругостью по отношению к сжатию, его давление зависит только от температуры. При уменьшении объема давление не возрастает. Происходит конденсация лишнего пара.

Положение тройной точки на PT - диаграмме определяет важные свойства вещества. Так, кристаллический йод при нагревании при атмосферном давлении, минуя жидкое состояние, переходит в газообразное состояние. Это означает, что давление йода в тройной точке больше атмосферного. В таблице даны давления и температуры тройных точек различных веществ. Используя эту таблицу, можно рассортировать вещества по признаку: плавится или нет вещество при атмосферном давлении. Видно, что йод и углекислый газ при атмосферном давлении не плавится (поэтому его называют сухим льдом).