Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
Біркомпонентті жҥйелердегі фазалық тепе-теңдік
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
Белик Физикалық және коллоидтық химия
| 4.4.
Біркомпонентті жҥйелердегі фазалық тепе-теңдік Біркомпонентті жҥйенің мысалы ретінде барлық агрегаттық кҥйде (H 2 O, S, CO 2 ) қатаң белгіленген қҧрамға ие қарапайым зат немесе химиялық қосылыс қызмет етуі мҥмкін. (4.5) фазалардың ережесі негізінде кҥйі екі сыртқы фактормен анықталатын (температура мен қысым) біркомпонентті жҥйенің еркіндік деңгейінің саны С = 3 – Ф тең. Осылайша, егер жҥйе бірфазалы болса, онда С = 2, демек, мҧндай жҥйеде кез келген екі параметрді ӛз бетімен айырбастауға болады, солай бола тҧра, жҥйенің фазалық кҥйі ауыспайды. Мысалы, бу кҥйіндегі су ҥшін кейбір шектерле р және Т-ны есептеуге болады. Егер жҥйе екі фазалы, онда С = 1, демек, фазалы тепе-теңдікті бҧзбай, ӛз бетімен тек бір ғана параметрді ӛзгертуге болады деген сӛз. Мысалы, мҧзбен тепе-теңдіктегі сҧйық су ҥшін еш тәуелділіксіз қысым немесе температураны ғана ӛзгертуге болады. Екі параметрді ӛз бетінше ӛзгерткенде, фазалардың тепе-теңдігі бҧзылады және бір фазаның екінші фазаға ауысуы басталады. Осылайша, мҧз бен судан тҧратын жҥйеде тҧрақты қысым жағдайында температураны кӛтергенде, мҧз ериді. Егер жҥйе ҥш фазадан (мҧз, сҧйық су, су буы) тҧрса, онда С = 0. Бҧл фазалық тепе-теңдіктің бҧзылуынсыз жҥйеде бір де бір параметр ӛзгермейтіндігін кӛрсетеді. Еркіндік деңгейінің саны кері болмайтындықтан, біркомпонентті жҥйеде тепе-теңдікте ҥш фаза ғана бола алады. Егер заттың бір ғана кристалды модификациясы болса, біркомпонетті жҥйе ҥшін ҥш екіфазалы және бір ҥшфазалы тепе-теңдікті ғана кӛрсетуге болады: 96 Бҧл тепе-теңдіктерді кҥй диаграммасы тҥрінде кӛрсетуге болады. Күй диаграммасы (фазалық диаграмма) – негізгі параметрлердің жазықтығының координатасындағы немесе жҥйе кҥйінің функциясындағы термодинамикалық жҥйенің барлық ықтимал фазалық кҥйлерінің графикалық бейнесі. Жҥйенің шынайы қатар жҥретін әр кҥйі ҥшін кҥй диаграммасында фигуративті деп аталатын белгілі бір нҥкте жауап береді. Кҥй диаграммасының қҧрылу және интерпретациясының теориялық негізі ретінде, тепе-теңдіктің жалпы шартымен бірге, фазаның ережесін айтуға болады. Кҥй диаграммасын нақтылы теориялық есептеудің қиындығына байланысты, оларды қҧру ҥшін әдетте эксперименттік мәліметтерді қолданады. Кҥйдің диаграммасында р — Т координаттарындағы S кристалл, L сҧйық және газ тәріздес V фазаларының ӛмір сҥру аймағына диаграмманың сәйкес жазықтықтары жауап береді. Жазықтықтарды бӛлетін сызықтарды фазалық тепе-теңдік сызықтары деп атайды. Фазалық тепе-теңдік сызықтары ҥштік нҥктеде тоғысады.Полимерлік ауыспалылар болса, диаграмманың кҥйі кҥрделене тҥседі, себебі әрбір модификация ҥшін ӛзінің фазалық ӛрісі жауап береді және фаза мен ҥштік нҥктелердің қатар жҥруінің қосымша сызықтары пайда болады. Судың кҥйі температура мен қысымның кең диапазонында қарастырылған. Судың толық диаграммасы біршама кҥрделі. 4.1 –суретте схема тҥрінде салыстырмалы тҥрде р — Т координаталарындағы ҥлкен емес қысымдағы судың кҥйінің диаграммасы кӛрсетілген. ОС, ОА және ОК сызықтары диаграмманы ҥш жазықтыққа бӛледі. Бҧл жазықтықтар Әрбіреуі белгілі бір агрегаттық кҥйге жауап беретін нҥктелердің жиынтығын қҧрайды: судың L жазықтығы— сҧйық, S — кристалды, V — бу тәріздес кҥйі. 4.1-сурет. Судың кҥйінің диаграммасы (сызба) 4.1 сурет Судың кҥйі ОК сызығының кез келген кҥйі сҧйықтық пен будың арасындағы тепе- Сҧйықтық, кристалдар немесе пардың ӛмір сҥру шегіндегі кез келген нҥктеде жҥйе бірфазалы болып табылады және (С = К - Ф + 2 = 1 - 1 + 2 = 2) фазалардың ережесіне сәйкес, еркіндіктің екі деңгейін иеленеді. Бҧл берілген ӛріс шегіндегі қысым пен температураның бір уақыттағы ӛзгерісі басқа фазаларды тудырмайды деген сӛз. ОК сызығы L және V ӛрістері арасындағы шекара іспеттес. 97 теңдік кҥйіне сәйкес келеді. Екі фаза тепе-теңдік кҥйінде болғандықтан, (С = К - Ф + 2 = 1 - 2 + 2 = 1) фазалардың ережесіне сәйкес, жҥйе еркіндіктің бір деңгейіне ие. Бҧл дегеніміз, ОК сызығындағы фазалық тепе-теңдікті бҧзбай, бір ғана параметрді ӛзгертуге болады: не температура, немесе қысым. Сонымен бірге екінші параметр де ӛзгереді, бірақ еркін тҥрде емес. Температураның ӛз бетімен кӛтерілуі сҧйық фазаның жоғалуына әкелмес ҥшін, белгілі бір тҥрде қысымды арттыру керек. Егер қысымды еркін тҥрде ӛзгертсе, фазалық тепе-теңдікті сақтау ҥшін температураны да ӛзгерту керек. Осылайша, екікомпонентті жҥйенің кҥйін анықтайтын фигуративтік нҥкте ОК сызығы бойынша жылжуы керек.Сҧйық пен бі фазалаларының қатар жҥуіне жауап беретін ОК сызығын булану сызығу деп атайды. Ол қаныққан будың қысымға тәуелділігін білдіреді (немесе қайнау температурасының сыртқы қысымға тәуелділігін). Сыни нҥкте деп аталатын К нҥктесінде булану сызығы ҥзіледі. ОА сызығы - L және S ӛрістерінің арасындағы шекара. Бҧл сызықтың әр нҥктесі L сҧйық және S қатты кҥйдің арасындағы екіфазалық тепе-теңдікке сәйкес келеді. Біркомпонентті жҥйедегі кез келген екіфазалы тепе-теңдік сияқты, бҧл тепе-теңдік бір ӛз бетімен ӛзгеретін параметрге сәйкес еркіндіктің бір деңгейіне қол жеткізеді. Қатты және сҧйық фазалардың қатар жҥруіне жауап беретін ОА сызығын балқу сызығы деп атайды. Ол балқу температурасының сыртқы қысымға тәуелділігін кӛрсетеді. Қатты және бу фазаларының қатар жҥруіне жауап беретін ОС сызығын сублимация сызығы деп атайды. Кристалдар – бу екіфазалы тепе-теңдігін еркіндіктің бір деңгейінде, яғни тәуелсіз тҥрде параметрлердің біреуін ғана ӛзгертуге болады (р немесе Т ). ОС сызығы кристалдардың ҥстіндегі қаныққан будың қысымының температураға тәуелділігін сипаттайды (немесе сыртқы қысымның сублимацияның температурасына әсері). Екі фазалы тепе-теңдіктің сызықтары үштік нүкте деп аталатын О нҥктесінде қиылысады. Ол сҧйық, бу және кристалдар тепе-теңдікте болатын кҥйге сәйкес келеді. Азалардың ережесіне сай, мҧндай жҥйенің еркіндік деңгейі нӛлге тең (C = К - Ф + 2 = 1 - 3 + 2 = 0). Бҧл ҥш фазаның қатар болуы р және Т параметрлерінің тҧрақты және белгілі мәндерінде ғана болу мҥмкін екендігін білдіреді. Таза заттың ҥштік нҥктесінің орналасуын ӛзгертуге болмайтынын атап ӛту керек. Ол қысым мен температураның қатаң белгіленген мәндеріне ғана жауап береді. Судың ҥштік нҥктесі 273,15 К температурасына (1 атм қысымдағы мҧздың балқу температурасынан 0,0098 К артық) және сынап бағанасымен 4,58 мм. қысымға сәйкес(0,006 атм) келеді. Басқа ешқандай амалдарда қысым мен температураның ҥш фазасы қатар болмайды. ОК сызығының жалғасы болып табылатын ОК сызығы қаныққан будың қысымның суытылған сҧйықтан тәуелділігін бейнелейді. Ҥштік нҥктенің температурасынан тӛмен сҧйықтық метатҧрақты болады, мҧндағы будың қысымы бҧл жағдайда тҧрақты болып табылатын қатты фазамен |