Šī diagramma ir parādīta attēlā. 6.5. Fāzu diagrammas apgabali, ko ierobežo līknes, atbilst tiem apstākļiem (temperatūrai un spiedieniem), kuros stabila ir tikai viena vielas fāze. Piemēram, pie jebkurām temperatūras un spiediena vērtībām, kas atbilst diagrammas punktiem, ko ierobežo VT un TC līknes, ūdens pastāv šķidrā stāvoklī. Jebkurā temperatūrā un spiedienā, kas atbilst diagrammas punktiem, kas atrodas zem AT un TC līknēm, ūdens pastāv tvaika stāvoklī.

Fāzu diagrammas līknes atbilst apstākļiem, kādos jebkuras divas fāzes atrodas līdzsvarā viena ar otru. Piemēram, temperatūrā un spiedienā, kas atbilst TC līknes punktiem, ūdens un tā tvaiki ir līdzsvarā. Šī ir ūdens tvaika spiediena līkne (sk. 3.13. att.). Šīs līknes punktā X šķidrais ūdens un tvaiks ir līdzsvarā 373 K (100 °C) temperatūrā un 1 atm (101,325 kPa) spiedienā; punkts X apzīmē ūdens viršanas temperatūru 1 atm spiedienā.

AT līkne ir ledus tvaika spiediena līkne; šādu līkni parasti sauc par sublimācijas līkni.

BT līkne ir kušanas līkne. Tas parāda, kā spiediens ietekmē ledus kušanas temperatūru: ja spiediens palielinās, kušanas temperatūra nedaudz samazinās. Šāda kušanas temperatūras atkarība no spiediena ir reta. Parasti spiediena palielināšanās veicina cietas vielas veidošanos, kā mēs redzēsim tālāk aplūkotajā oglekļa dioksīda fāzes diagrammas piemērā. Ūdens gadījumā spiediena palielināšanās izraisa ūdeņraža saišu iznīcināšanu, kas ledus kristālā saista ūdens molekulas kopā, liekot tām veidot apjomīgu struktūru. Rezultātā

Rīsi. 6.5. Ūdens fāzes diagramma.

Iznīcinot ūdeņraža saites, veidojas blīvāka šķidrā fāze (sk. 2.2. nodaļu).

VT līknes punktā Y ledus ir līdzsvarā ar ūdeni 273 K (0 °C) temperatūrā un 1 atm spiedienā. Tas attēlo ūdens sasalšanas punktu pie spiediena 1 atm.

ST līkne parāda ūdens tvaika spiedienu temperatūrā, kas zemāka par tā sasalšanas punktu. Tā kā ūdens parasti nepastāv kā šķidrums temperatūrā, kas ir zemāka par tā sasalšanas punktu, katrs šīs līknes punkts atbilst ūdenim metastabilā stāvoklī. Tas nozīmē, ka atbilstošā temperatūrā un spiedienā ūdens nav visstabilākajā (stabilākajā) stāvoklī. Parādību, kas atbilst ūdens esamībai metastabilā stāvoklī, ko raksturo šīs līknes punkti, sauc par pārdzesēšanu.

Fāzes diagrammā ir divi punkti, kas ir īpaši interesanti. Pirmkārt, mēs atzīmējam, ka ūdens tvaika spiediena līkne beidzas punktā C. To sauc par ūdens kritisko punktu. Temperatūrā un spiedienā, kas pārsniedz šo punktu, ūdens tvaikus nevar pārvērst šķidrā ūdenī, palielinoties spiedienam (sk. arī 3.1. sadaļu). Citiem vārdiem sakot, virs šī punkta ūdens tvaiku un šķidro formu vairs nevar atšķirt. Ūdens kritiskā temperatūra ir 647 K, bet kritiskais spiediens ir 220 atm.

Fāzes diagrammas punktu T sauc par trīskāršo punktu. Šajā brīdī ledus, šķidrs ūdens un ūdens tvaiki ir līdzsvarā viens ar otru. Šis punkts atbilst temperatūrai 273,16 K un spiedienam atm. Tikai pie norādītajām temperatūras un spiediena vērtībām visas trīs ūdens fāzes var pastāvēt kopā, atrodoties līdzsvarā viena ar otru.

Sals var veidoties divos veidos: no rasas vai tieši no mitra gaisa.

Sala veidošanās no rasas. Rasa ir ūdens, kas veidojas, mitram gaisam atdziestot, kad tā temperatūra pazeminās, šķērsojot (pie atmosfēras spiediena) TC līkni attēlā. 6.5. Sals veidojas rasas sasalšanas rezultātā, kad temperatūra pazeminās pietiekami, lai šķērsotu BT līkni.

Sarma veidošanās tieši no mitra gaisa. No rasas sarma veidojas tikai tad, ja ūdens tvaika spiediens pārsniedz trīskāršā punkta T spiedienu, t.i. vairāk atm. Ja ūdens tvaika spiediens ir mazāks par šo vērtību, sarma veidojas tieši no mitra gaisa, bez iepriekšējas rasas veidošanās. Šajā gadījumā tas parādās, kad temperatūras pazemināšanās šķērso līkni attēlā. 6.5. Šādos apstākļos veidojas sauss sals.

2. nodaļa.Fāzes noteikums vienkomponentu sistēmai

Vienkomponentu sistēmai (K=1) fāzes noteikums ir rakstīts formā

C = 3-F . (9)

Ja Ф = 1, tad C =2, viņi saka, ka sistēma divvariants;
Ф = 2, tad C =1, sistēma monovariants;
Ф = 3, tad C =0, sistēma nevariants.

Attiecību starp spiedienu (p), temperatūru (T) un fāzes tilpumu (V) var attēlot trīs dimensijās fāzes diagramma. Katrs punkts (saukts tēlains punkts) uz šādas diagrammas attēlo kādu līdzsvara stāvokli. Parasti ir ērtāk strādāt ar šīs diagrammas sadaļām, izmantojot plakni p - T (pie V = const) vai p - V plakni (pie T = const). Sīkāk apskatīsim posmu pēc plaknes p - T (pie V=const).

2.1. Ūdens fāzes diagramma

Ūdens fāžu diagramma p - T koordinātēs parādīta 1. att. Tas sastāv no 3 fāzes lauki- dažādu (p, T) vērtību apgabali, kuros ūdens pastāv noteiktas fāzes formā - ledus, šķidrs ūdens vai tvaiks (attiecīgi 1. attēlā apzīmēti ar burtiem L, F un P). Šie fāzes lauki ir atdalīti ar 3 robežlīknēm.

Līkne AB - iztvaikošanas līkne, izsaka atkarību Šķidra ūdens tvaika spiediens no temperatūras(vai, gluži pretēji, attēlo ūdens viršanas temperatūras atkarību no spiediena). Citiem vārdiem sakot, šī rinda atbild divfāzu līdzsvars (šķidrais ūdens) D (tvaiks), un pēc fāzes likuma aprēķinātais brīvības pakāpju skaits ir C = 3 - 2 = 1. Šo līdzsvaru sauc monovariants. Tas nozīmē, ka pilnīgam sistēmas aprakstam pietiek tikai noteikt viens mainīgais- vai nu temperatūra, vai spiediens, jo noteiktai temperatūrai ir tikai viens līdzsvara spiediens un noteiktam spiedienam ir tikai viena līdzsvara temperatūra.

Pie spiediena un temperatūras, kas atbilst punktiem zem līnijas AB, šķidrums pilnībā iztvaiko, un šis apgabals ir tvaiku apgabals. Lai aprakstītu sistēmu šajā vienfāzes zona nepieciešams divi neatkarīgi mainīgie(C = 3 - 1 = 2): temperatūra un spiediens.

Pie spiediena un temperatūras, kas atbilst punktiem virs līnijas AB, tvaiki tiek pilnībā kondensēti šķidrumā (C = 2). Iztvaikošanas līknes AB augšējā robeža atrodas punktā B, ko sauc kritiskais punkts(ūdenim 374 o C un 218 atm). Virs šīs temperatūras šķidruma un tvaika fāzes kļūst neatšķiramas (pazūd dzidra šķidruma/tvaiku saskarne), tāpēc Ф=1.

Maiņstrāvas līnija - šī ledus sublimācijas līkne(dažreiz saukta par sublimācijas līniju), atspoguļojot atkarību ūdens tvaika spiediens virs ledus temperatūrā. Šī rinda atbilst monovariants līdzsvars (ledus) D (tvaiks) (C=1). Virs līnijas AC ir ledus zona, zemāk ir tvaika zona.

Līnija AD - kušanas līkne, izsaka atkarību ledus kušanas temperatūra pret spiedienu un atbilst monovariants līdzsvars (ledus) D (šķidrais ūdens). Lielākajai daļai vielu AD līnija novirzās no vertikāles uz labo pusi, bet ūdens uzvedība

1. att. Ūdens fāzes diagramma

neparasti: šķidrs ūdens aizņem mazāku tilpumu nekā ledus. Pamatojoties uz Le Šateljē principu, var prognozēt, ka spiediena palielināšanās izraisīs līdzsvara nobīdi uz šķidruma veidošanos, t.i. sasalšanas punkts samazināsies.

Bridžmena veiktie pētījumi, lai noteiktu ledus kušanas līkni pie augsta spiediena, parādīja, ka septiņas dažādas ledus kristāliskās modifikācijas, no kuriem katrs, izņemot pirmo, blīvāks par ūdeni. Tādējādi AD līnijas augšējā robeža ir punkts D, kur ledus I (parastais ledus), ledus III un šķidrais ūdens atrodas līdzsvarā. Šis punkts atrodas pie -22 0 C un 2450 atm (skat. 11. uzdevumu).

Ūdens trīskāršais punkts (punkts, kas atspoguļo trīs fāžu - šķidruma, ledus un tvaika līdzsvaru) bez gaisa ir 0,0100 o C un 4,58 mm Hg. Brīvības pakāpju skaits ir C=3-3=0 un šādu līdzsvaru sauc nevariants.

Gaisa klātbūtnē trīs fāzes atrodas līdzsvarā pie 1 atm un 0 o C. Trīskāršā punkta samazināšanos gaisā izraisa šādi iemesli:
1. gaisa šķīdība šķidrā ūdenī pie 1 atm, kas noved pie trīskāršā punkta samazināšanās par 0,0024 o C;
2. spiediena paaugstināšanās no 4,58 mm Hg. līdz 1 atm, kas samazina trīskāršo punktu vēl par 0,0075 o C.

2.2. Sēra fāzes diagramma

Kristālisks sērs pastāv formā divi modifikācijas - rombveida(S p) un monoklīnika(S m). Līdz ar to iespējama četru fāžu esamība: ortorombiskā, monoklīniskā, šķidrā un gāzveida (2. att.). Nepārtrauktas līnijas iezīmē četrus reģionus: tvaiku, šķidrumu un divas kristāliskas modifikācijas. Pašas līnijas atbilst divu atbilstošo fāžu monovariantiem līdzsvariem. Ņemiet vērā, ka līdzsvara līnija ir monoklīnisks sērs - kausējums novirzījies no vertikāles pa labi(salīdziniet ar ūdens fāzes diagrammu). Tas nozīmē, ka sēram kristalizējoties no kausējuma, apjoma samazinājums. Punktos A, B un C līdzsvarā līdzās pastāv 3 fāzes (punkts A - ortorombiskā, monoklīniskā un tvaiku, punkts B - ortorombiskā, monoklīniskā un šķidrā, punkts C - monoklīniskā, šķidrums un tvaiki). Ir viegli pamanīt, ka ir vēl viens punkts O,

2. att. Sēra fāzes diagramma

kurā ir trīs fāžu līdzsvars - pārkarsēts ortorombiskais sērs, pārdzesēts šķidrais sērs un tvaiks, pārsātināts attiecībā pret tvaiku, līdzsvarā ar monoklīnisko sēru. Šīs trīs fāzes veidojas metastabila sistēma, t.i. sistēma, kas atrodas stāvoklī relatīvā stabilitāte. Metastabilo fāžu pārvēršanās par termodinamiski stabilu modifikāciju kinētika ir ārkārtīgi lēna, tomēr ar ilgstošu iedarbību vai monoklīniskā sēra sēklu kristālu ievadīšanu visas trīs fāzes joprojām pārvēršas monoklīniskajā sērā, kas ir termodinamiski stabils punktam atbilstošos apstākļos. O. Līdzsvars, kam atbilst OA līknes, ir OM un OS (attiecīgi sublimācijas, kušanas un iztvaikošanas līknes) ir metastabili.

Sēra diagrammas gadījumā mēs saskaramies ar divu kristālisko modifikāciju spontānu savstarpēju transformāciju, kas var notikt uz priekšu un atpakaļ atkarībā no apstākļiem. Šo transformācijas veidu sauc enantiotropisks(atgriezenisks).

Kristālisko fāžu savstarpējās pārvērtības, kas var notikt tikai vienā virzienā, tiek saukti monotropisks(neatgriezeniski). Monotropās transformācijas piemērs ir baltā fosfora pāreja uz violetu.

2.3. Klausiusa-Klepeirona vienādojums

Kustība pa divu fāžu līdzsvara līnijām fāzes diagrammā (C=1) nozīmē konsekventas spiediena un temperatūras izmaiņas, t.i. p=f(T). Šādas funkcijas vispārīgo formu vienkomponentu sistēmām izveidoja Clapeyron.

Pieņemsim, ka mums ir monovariants līdzsvars (ūdens) D (ledus) (līnija AD 1. attēlā). Līdzsvara nosacījums izskatīsies šādi: jebkuram punktam ar koordinātām (p, T), kas pieder līnijai AD, ūdens (p, T) = ledus (p, T). Vienkomponentu sistēmai =G/n, kur G ir Gibsa brīvā enerģija un n ir molu skaits (=const). Mums ir jāizsaka G=f(p,T). Formula G= H-T S šim nolūkam nav piemērota, jo atvasināts p,T=konst. Vispārīgi runājot, Gє H-TS=U+pV-TS. Atradīsim diferenciāli dG, izmantojot summas un reizinājuma diferenciāļa noteikumus: dG=dU+p. dV+V . dp-T. dS-S. dT. Saskaņā ar 1. termodinamikas likumu dU=dQ - dA, un dQ=T. dS,a dA= p . dV. Tad dG=V . dp - S . dT. Ir skaidrs, ka līdzsvara stāvoklī dG ūdens /n=dG ledus /n (n=n ūdens =n ledus =konst.). Tad v ūdens. dp-s ūdens. dT=v ledus. dp-s ledus. dT, kur v ūdens, v ledus - molārie (t.i., dalīti ar molu skaitu) ūdens un ledus tilpumi, s ūdens, s ledus - ūdens un ledus molārās entropijas. Pārveidosim iegūto izteiksmi par (v ūdens - v ledus). dp = (s ūdens - s ledus) . dT, (10)

vai: dp/dT= s fp / v fp, (11)

kur s fp, v fp ir molārās entropijas un tilpuma izmaiņas pie fāzes pāreja((ledus) (ūdens) šajā gadījumā).

Tā kā s fn = H fn /T fn, biežāk tiek izmantots šāda veida vienādojums:

kur H fp ir entalpijas izmaiņas fāzes pārejas laikā,
v fp - molārā tilpuma izmaiņas pārejas laikā,
Tfp ir temperatūra, kurā notiek pāreja.

Clapeyron vienādojums jo īpaši ļauj atbildēt uz šādu jautājumu: Kāda ir fāzes pārejas temperatūras atkarība no spiediena? Spiediens var būt ārējs vai radīts vielas iztvaikošanas dēļ.

6. piemērs. Ir zināms, ka ledus molārais tilpums ir lielāks nekā šķidram ūdenim. Tad, kad ūdens sasalst, v fp = v ledus - v ūdens > 0, tajā pašā laikā H fp = H kristāls< 0, поскольку кристаллизация всегда сопровождается выделением теплоты. Следовательно, H фп /(T . v фп)< 0 и, согласно уравнению Клапейрона, производная dp/dT< 0. Это означает, что линия моновариантного равновесия (лед) D (вода) на фазовой диаграмме воды должна образовывать тупой угол с осью температур.

7. piemērs. Negatīvā dp/dT vērtība fāzes pārejai (ledus) "(ūdens) nozīmē, ka zem spiediena ledus var izkust temperatūrā, kas zemāka par 0 0 C. Pamatojoties uz šo modeli, angļu fiziķi Tindals un Reinoldss pirms aptuveni 100 gadiem ierosināja, ka zināmā viegluma slīdēšana uz ledus uz slidām ir saistīta ar kūstošs ledus zem slidas gala; Iegūtais šķidrais ūdens darbojas kā smērviela. Pārbaudīsim, vai tā ir taisnība, izmantojot Klepeirona vienādojumu.

Ūdens blīvums b = 1 g/cm 3, ledus blīvums l = 1,091 g/cm 3, ūdens molekulmasa M = 18 g/mol. Pēc tam:

V fp = M/ in -M/ l = 18/1,091-18/1 = -1,501 cm 3 /mol = -1,501. 10-6 m 3 /mol,

ledus kušanas entalpija - H fp = 6,009 kJ/mol,

T fp = 0 0 C = 273 K.

Saskaņā ar Klepeirona vienādojumu:

dp/dT= - (6,009,103 J/mol)/(273K. 1,501,10 -6 m3/mol)=

146.6. 10 5 Pa/K= -146 atm/K.

Tas nozīmē, ka, lai izkausētu ledu temperatūrā, teiksim, -10 0 C, ir jāpieliek spiediens 1460 atm. Bet ledus tādu slodzi neiztur! Tāpēc iepriekš minētā ideja nav taisnība. Patiesais ledus kušanas iemesls zem kores ir berzes radītais siltums.

Clausius šajā gadījumā vienkāršoja Klepeirona vienādojumu iztvaikošana un iekšā ogonki, pieņemot, ka:

2.4. Iztvaikošanas entropija

Iztvaikošanas molārā entropija S eva = H eva / T bale ir vienāda ar starpību S tvaiki - S šķidrums. Tā kā S tvaiki >> S šķidrums, mēs varam pieņemt, ka S tiek izmantots kā S tvaiks. Nākamais pieņēmums ir tāds, ka tvaiks tiek uzskatīts par ideālu gāzi. Tas nozīmē šķidruma iztvaikošanas molārās entropijas aptuveno noturību viršanas temperatūrā, ko sauc par Troutona likumu.

Trutona likums. Jebkuras iztvaikošanas molārā entropija
šķidrums ir aptuveni 88 J/(mol. K).

Ja dažādu šķidrumu iztvaikošanas laikā nenotiek molekulu asociācijas vai disociācijas, tad iztvaikošanas entropija būs aptuveni vienāda. Savienojumiem, kas veido ūdeņraža saites (ūdens, spirti), iztvaikošanas entropija ir lielāka par 88 J/(mol. K).

Trutona noteikums ļauj noteikt šķidruma iztvaikošanas entalpiju no zināmas viršanas temperatūras un pēc tam, izmantojot Clausius-Clapeyron vienādojumu, noteikt monovariantās šķidruma-tvaiku līdzsvara līnijas pozīciju fāzes diagrammā.

Ūdens stāvoklis ir pētīts plašā temperatūru un spiediena diapazonā. Pie augsta spiediena ir konstatēts vismaz desmit ledus kristālisko modifikāciju esamība. Visvairāk pētīts ir ledus I – vienīgā dabā sastopamā ledus modifikācija.

Vielas dažādu modifikāciju klātbūtne - polimorfisms - noved pie stāvokļa diagrammu sarežģījumiem.

Ūdens fāzes diagramma koordinātēs R-T ir parādīts 15. att. Tas sastāv no 3 fāzes lauki- dažādas jomas R, T- vērtības, pie kurām ūdens pastāv noteiktas fāzes formā - ledus, šķidrs ūdens vai tvaiks (attēlā apzīmētas attiecīgi ar burtiem L, F un P). Šie fāzes lauki ir atdalīti ar 3 robežlīknēm.

Līkne AB - iztvaikošanas līkne, izsaka atkarību Šķidra ūdens tvaika spiediens no temperatūras(vai, gluži pretēji, attēlo ūdens viršanas temperatūras atkarību no ārējā spiediena). Citiem vārdiem sakot, šī līnija atbilst divfāzu līnijai līdzsvaru.

Šķidrais ūdens ↔ tvaiks, un pēc fāzes noteikuma aprēķinātais brīvības pakāpju skaits ir AR= 3 – 2 = 1. Šo līdzsvaru sauc monovariants. Tas nozīmē, ka pilnīgam sistēmas aprakstam pietiek tikai noteikt viens mainīgais- vai nu temperatūra, vai spiediens, jo noteiktai temperatūrai ir tikai viens līdzsvara spiediens un noteiktam spiedienam ir tikai viena līdzsvara temperatūra.

Pie spiediena un temperatūras, kas atbilst punktiem zem līnijas AB, šķidrums pilnībā iztvaiko, un šis apgabals ir tvaiku apgabals. Lai aprakstītu sistēmu noteiktā vienfāzes reģionā, ir nepieciešami divi neatkarīgi mainīgie: temperatūra un spiediens ( AR = 3 – 1 = 2).

Pie spiediena un temperatūras, kas atbilst punktiem virs līnijas AB, tvaiki tiek pilnībā kondensēti šķidrumā ( AR= 2). Iztvaikošanas līknes AB augšējā robeža atrodas punktā B, ko sauc par kritisko punktu (ūdenim 374,2ºС un 218,5). atm.). Virs šīs temperatūras šķidruma un tvaika fāzes kļūst neatšķiramas (šķidruma/tvaiku saskarne pazūd), tāpēc F = 1.

Līnija AC - šī ledus sublimācijas līkne (dažreiz saukta par sublimācijas līniju), kas atspoguļo atkarību ūdens tvaika spiediens virs ledus temperatūrā. Šī līnija atbilst monovariantam līdzsvara ledus ↔ tvaiks ( AR= 1). Virs līnijas AC ir ledus zona, zemāk ir tvaika zona.

Līnija AD - kušanas līkne, izsaka atkarību ledus kušanas temperatūra pret spiedienu un atbilst monovariantu līdzsvara ledus ↔ šķidrs ūdens. Lielākajai daļai vielu AD līnija novirzās no vertikāles uz labo pusi, bet ūdens uzvedība ir anomāla: šķidrs ūdens aizņem mazāku tilpumu nekā ledus. Spiediena palielināšanās izraisīs līdzsvara maiņu šķidruma veidošanās virzienā, t.i., samazināsies sasalšanas punkts.

Bridžmena veiktie pētījumi, lai noteiktu ledus kušanas līkni augstā spiedienā, parādīja, ka visi esošo ledus kristāliskās modifikācijas, izņemot pirmo, ir blīvākas par ūdeni. Tādējādi AD līnijas augšējā robeža ir punkts D, kur līdzsvarā līdzās pastāv ledus I (parastais ledus), ledus III un šķidrais ūdens. Šis punkts atrodas pie –22ºС un 2450 atm.

Rīsi. 15. Ūdens fāzes diagramma

Izmantojot ūdens piemēru, ir skaidrs, ka fāzes diagramma ne vienmēr ir tik vienkārša, kā parādīts 15. attēlā. Ūdens var pastāvēt vairāku cietu fāžu veidā, kas atšķiras pēc kristāliskās struktūras (skat. 16. att.).

Rīsi. 16. Ūdens izvērsta fāzes diagramma plašā spiediena vērtību diapazonā.

Ūdens trīskāršais punkts (punkts, kas atspoguļo trīs fāžu - šķidruma, ledus un tvaika līdzsvaru) bez gaisa atrodas pie 0,01ºС ( T = 273,16K) un 4.58 mmHg. Brīvības pakāpju skaits AR= 3-3 = 0 un šādu līdzsvaru sauc par nemainīgu.

Gaisa klātbūtnē trīs fāzes ir līdzsvarā pie 1 atm. un 0ºС ( T = 273,15K). Trīskāršā punkta samazināšanos gaisā izraisa šādi iemesli:

1. Gaisa šķīdība šķidrā ūdenī pie 1 atm, kas noved pie trīskāršā punkta samazināšanās par 0,0024ºС;

2. Spiediena pieaugums no 4,58 mmHg. līdz 1 atm, kas samazina trīskāršo punktu vēl par 0,0075ºС.

Ko darīsim ar saņemto materiālu:

Ja šis materiāls jums bija noderīgs, varat to saglabāt savā lapā sociālajos tīklos:

Čivināt

Visas tēmas šajā sadaļā:

Fizikālās ķīmijas priekšmets un tā nozīme
Fizikālā ķīmija pēta attiecības starp ķīmiskajām un fizikālajām parādībām. Šī ķīmijas sadaļa ir robežlīnija starp ķīmiju un fiziku. Izmantojot teorētiskās un eksperimentālās metodes par

Īss fizikālās ķīmijas attīstības vēstures izklāsts
Terminu "fizikālā ķīmija" un šīs zinātnes definīciju pirmo reizi sniedza M. V. Lomonosovs, kurš 1752.-1754. pasniedza Fizikālās ķīmijas kursu Zinātņu akadēmijas studentiem un atstāja šī kursa rokrakstu “Vve

Enerģija. Enerģijas nezūdamības un transformācijas likums
Matērijas neatņemama īpašība (atribūts) ir kustība; tā ir neiznīcināma, tāpat kā pati matērija. Matērijas kustība izpaužas dažādās formās, kuras var pārveidoties viena par otru. Izmēriet kustības

Termodinamikas priekšmets, metode un robežas
Koncentrējot uzmanību uz siltumu un darbu, kā enerģijas pārneses veidiem visdažādākajos procesos, termodinamikā ir iekļautas daudzas enerģijas atkarības.

Siltums un darbs
Kustības formu izmaiņas tās pārejā no viena ķermeņa uz otru un atbilstošās enerģijas pārvērtības ir ļoti dažādas. Pašas kustības pārejas formas un ar to saistītās enerģijas pārvērtības

Siltuma un darba līdzvērtība
Pastāvīgās līdzvērtīgās attiecības starp siltumu un darbu to savstarpējo pāreju laikā tika noteiktas D. P. Džoula (1842-1867) klasiskajos eksperimentos. Tipisks Džoula eksperiments ir šāds (

Iekšējā enerģija
Neapļveida procesam vienādība (I, 1) nav izpildīta, jo sistēma neatgriežas sākotnējā stāvoklī. Tā vietā var uzrakstīt vienādības necirkulāram procesam (izlaižot koeficientu

Pirmais termodinamikas likums
Pirmais termodinamikas likums (pirmais likums) ir tieši saistīts ar enerģijas nezūdamības likumu. Tas ļauj aprēķināt enerģijas bilanci dažādu procesu, tostarp ķīmisko, laikā

Stāvokļa vienādojumi
Daudzas līdzsvara sistēmas īpašības un tās veidojošās fāzes ir savstarpēji atkarīgas. Izmaiņas vienā no tām izraisa izmaiņas citos. Kvantitatīvās funkcionālās atkarības starp

Dažādu procesu darbība
Daudzi enerģētiskie procesi ir apvienoti zem darba nosaukuma; šo procesu kopīgs īpašums ir sistēmas enerģijas patēriņš, lai pārvarētu spēku, kas darbojas no ārpuses. Šādi procesi ietver

Siltuma jauda. Dažādu procesu siltuma aprēķins
Ķermeņa īpatnējās (s) vai molārās (C) siltumietilpības eksperimentālā noteikšana sastāv no siltuma Q mērīšanas, kas absorbēts, karsējot vienu gramu vai vienu molu vielas.

Kaloriju koeficienti
Sistēmas U iekšējā enerģija, kas ir stāvokļa funkcija, ir sistēmas neatkarīgo mainīgo (stāvokļa parametru) funkcija. Vienkāršākajās sistēmās mēs apsvērsim iekšējo

Pirmā termodinamikas likuma piemērošana ideālai gāzei
Apskatīsim ideālu gāzi, t.i., gāzi, kuras viena mola stāvokli apraksta Mendeļejeva-Klapeirona vienādojums:

Adiabātiskie procesi gāzēs
Tiek uzskatīts, ka termodinamiskā sistēma iziet adiabātisku procesu, ja tas ir atgriezenisks un ja sistēma ir termiski izolēta tā, ka starp sistēmu un sistēmu nenotiek siltuma apmaiņa.

Entalpija
Termodinamikas pirmā likuma vienādojums procesiem, kuros tiek veikts tikai izplešanās darbs, ir šāds: δQ = dU + PdV (I, 51) Ja process notiek pie konstantes

Ķīmiskais mainīgais. Pirmā termodinamikas likuma formulēšana procesiem, ko pavada ķīmiskās un fāzu pārvērtības
Vienādojumi (I, 27), (I, 28) un iepriekš dotie pirmā termodinamikas likuma formulējumi ir derīgi jebkurai līdzsvara slēgtai sistēmai neatkarīgi no tā, vai tās ir ķīmiskas vai

Termoķīmija. Hesa likums
Ķīmisko pārvērtību laikā notiek izmaiņas sistēmas iekšējā enerģijā, jo reakcijas produktu iekšējā enerģija atšķiras no izejvielu iekšējās enerģijas.

Termiskā efekta atkarība no temperatūras. Kirhhofa vienādojums
Saskaņā ar Hesa ​​likumu ir iespējams aprēķināt reakcijas termisko efektu pie temperatūras, kurā ir zināmi visu reaģentu veidošanās siltumi vai sadegšanas siltumi (parasti 298K). Tomēr bieži

Spontāni un nespontāni procesi
No pirmā termodinamikas likuma un enerģijas apmaiņas likumiem starp ķermeņiem, kas rodas no tā dažādu procesu laikā, nav iespējams izdarīt secinājumu par to, vai vispārīgi runājot, šis process ir iespējams

Otrais termodinamikas likums
Visizplatītākie un noteikti spontānie procesi ir siltuma pārnešana no karsta ķermeņa uz aukstu (siltuma vadītspēja) un darba pāreja siltumā (berze). Gadsimtiem sena dzīve

Entropijas izmaiņu aprēķināšanas metodes
Vienādojumi (II, 12) un (II, 13), kas nosaka entropiju, ir vienīgie sākotnējie vienādojumi sistēmas entropijas izmaiņu termodinamiskajam aprēķinam. Elementa siltuma aizstāšana vienādojumā.

Planka postulāts
Izmantojot (II, 3) vienādojumu, nav iespējams aprēķināt sistēmas entropijas absolūto vērtību. Šo iespēju nodrošina jauna, nepierādāma pozīcija, kas neizriet no diviem termodinamikas likumiem, kas tika formulēti

Absolūtās entropijas vērtības
Planka postulāts tiek izmantots ķīmisko procesu termodinamiskajā izpētē, lai aprēķinātu ķīmisko savienojumu entropijas absolūtās vērtības - lielumus, kuriem ir liela nozīme

Standarta entropija. Entropijas izmaiņas ķīmiskās reakcijas laikā
Entropiju, tāpat kā citas termodinamiskās funkcijas, parasti sauc par vielas standarta stāvokli. Atgādiniet, ka standarta stāvokli raksturo standarta apstākļi

Entropijas statistiskā interpretācija
Entropijas kā stāvokļa funkcijas jēdziens balstās uz makroskopisku koncepciju. Otrā termodinamikas likuma spēkā esamība ir saistīta ar neatgriezenisku procesu realitāti. Atšķirībā no neatgriezeniskām

Helmholca enerģija
Atgādināsim, ka otrais termodinamikas likums nosaka kritērijus procesu spontānai norisei izolētās sistēmās. Tomēr šādi apstākļi (enerģijas un vielu apmaiņas trūkums ar vidi

Gibsa enerģija
Vēloties vispārīgā veidā ņemt vērā arī citus darba veidus, papildus paplašināšanas darbam elementāru darbu uzrāda kā paplašināšanas un cita veida darbu summu: dW = PdV + dW" (III, 15)

Raksturīgās funkcijas. Stāvokļa fundamentālie (kanoniskie) vienādojumi
Iepriekš mēs definējām šādas termodinamiskās funkcijas - sistēmas īpašības: iekšējā enerģija U, entalpija H, entropija S, Helmholca enerģija F, Gibsa enerģija G

Maksvela attiecības
Tagad apskatīsim raksturīgo funkciju otros jauktos atvasinājumus. Ņemot vērā vienādojumus (III, 26), mēs varam rakstīt:

Gibsa-Helmholca vienādojums
Gibsa-Helmholca vienādojums ļauj noteikt Gibsa enerģijas izmaiņas, kas saistītas ar ķīmiskajām reakcijām jebkurā noteiktā temperatūrā, ja ķīmisko reakciju siltuma atkarība no

Ideālu gāzu maisījuma Gibsa enerģija. Ķīmiskā potenciāla noteikšana
Gibsa enerģija ir plaša funkcija, kas ļauj aprēķināt tās vērtību ideālu gāzu maisījumam. Iedomāsimies tvertni, kas sadalīta sekcijās pa starpsienām, kā parādīts attēlā

Ķīmiskais potenciāls
Lai precizētu jēdziena “ķīmiskais potenciāls” nozīmi, diferencēsim izteiksmi (III.51) kā reizinājumu pie konstantes P un T:

Fāžu pārejas. Klepeirona-Klausiusa vienādojums
Sistēmā, kas sastāv no vairākām tīras vielas fāzēm, kas atrodas līdzsvarā, ir iespējamas vielas pārejas no vienas fāzes uz otru. Šādas pārejas sauc par fāzes pārejām.

Pirmās kārtas fāžu pārejas. Kušana. Iztvaikošana
Fāzu pārejas, ko raksturo divu līdzsvarā līdzās pastāvošu fāžu izobāro potenciālu vienādība un pēkšņas izmaiņas Gibsa enerģijas pirmajos atvasinājumos (entropija un tilpums)

Otrās kārtas fāžu pārejas
Otrās kārtas fāzes pāreja ir vielas līdzsvara pāreja no vienas fāzes uz otru, kurā krasi mainās tikai Gibsa enerģijas otrie atvasinājumi attiecībā pret temperatūru un spiedienu.

Piesātināta tvaika spiediena atkarība no temperatūras
Šķidruma piesātinātā tvaika spiediens strauji palielinās, palielinoties temperatūrai. To var redzēt 12. attēlā, kurā parādītas dažu šķidrumu tvaika spiediena līknes, sākot no kušanas punktiem.

Vispārējie līdzsvara apstākļi
Jebkuru slēgtu sistēmu, kas ir līdzsvarā pie nemainīga spiediena un temperatūras, raksturo sakarība:

Gibsa fāzes noteikums
1876. gadā Gibss atvasināja vienkāršu formulu, kas savieno līdzsvara fāžu skaitu (F), komponentu skaitu (K) un sistēmas brīvības pakāpju skaitu (C). Līdzsvara stāvoklī mums vajadzētu

Gibsa fāzes noteikuma piemērošana vienkomponentu sistēmām. Ūdens un sēra fāzu diagrammas
Vienkomponentu sistēmai K = 1 un fāzes noteikums ir rakstīts šādā formā: C = 3 – F Ja F = 1, tad C = 2, viņi saka, ka sistēma ir divvariantu;

Sēra fāzes diagramma
Kristāliskais sērs pastāv divu modifikāciju veidā - ortorombiskā (Sp) un monoklīniskā (Sm). Tāpēc ir iespējama četru fāžu esamība: rombveida, mo

Masu darbības likums. Līdzsvara konstante gāzes fāzes reakcijām
Pieņemsim, ka starp gāzveida vielām A1, A2 ... Ai, A'1, A'2 ... A'i notiek ķīmiski atgriezeniska reakcija saskaņā ar vienādojumu:

Ķīmiskās reakcijas izotermas vienādojums
Pieņemsim, ka ideālo gāzu maisījumā notiek ķīmiska reakcija saskaņā ar vienādojumu Pieņemsim, ka brīdī

Ķīmiskās afinitātes jēdziens
No tā, ka dažas vielas savā starpā reaģē viegli un ātri, citas ar grūtībām, bet citas nereaģē vispār, rodas pieņēmums par īpašas ķīmiskās afinitātes esamību vai neesamību.

Masas iedarbības likuma izmantošana līdzsvara maisījumu sastāva aprēķināšanai
Lai noteiktu sistēmas sastāvu līdzsvara stāvoklī un līdz ar to arī reakcijas produkta(-u) iznākumu, ir jāzina līdzsvara konstante un sākotnējā maisījuma sastāvs. Savienojums

Heterogēni ķīmiskie līdzsvarojumi
Masas iedarbības likums tika iegūts, izmantojot ideālo gāzu stāvokļa likumu, un tas galvenokārt ir piemērojams gāzu maisījumiem. Taču bez būtiskām izmaiņām to var attiecināt uz būtiskām

Temperatūras ietekme uz ķīmisko līdzsvaru. Ķīmiskās reakcijas izobāra vienādojums
Lai noteiktu K0 atkarību no temperatūras diferenciālā formā, mēs izmantojam Gibsa-Helmholca vienādojumu (III, 41)

Le Chatelier-Brown princips
Sistēma, kas izvesta no līdzsvara, atkal atgriežas līdzsvara stāvoklī. Le Chatelier un Brown ierosināja vienkāršu principu, ko var izmantot, lai prognozētu, kā

Nernsta termiskā teorēma
Tiešs un vienkāršs Gibsa enerģijas izmaiņu un līdz ar to ķīmisko reakciju līdzsvara konstantu aprēķins nesagādā grūtības, ja ir zināms ķīmiskās reakcijas siltums un absolūtās vērtības

Ķīmiskais līdzsvars neideālajās sistēmās
Masas iedarbības likums (V, 5) ir piemērojams, kā jau minēts, tikai ideālām gāzēm (vai ideāliem risinājumiem). Šādām sistēmām reaģējošās vielas līdzsvara relatīvo parciālo spiedienu reizinājums

Vielu entalpijas un ķīmisko reakciju termiskās ietekmes atkarība no spiediena
Apsverot entalpijas atkarību no spiediena, izmantosim labi zināmo tās kopējās diferenciālas (III, 27) izteiksmi: dH = VdP + TdS Divide e

5. Ūdens fāzu pārvērtības un stāvokļa diagramma

Fāzes diagramma (vai fāzes diagramma) ir grafisks attēlojums, kas parāda attiecības starp lielumiem, kas raksturo sistēmas stāvokli, un fāzu pārvērtībām sistēmā (pāreja no cietas uz šķidrumu, no šķidruma uz gāzveida utt.). Fāzu diagrammas tiek plaši izmantotas ķīmijā. Vienkomponentu sistēmām parasti izmanto fāzu diagrammas, kas parāda fāzu transformāciju atkarību no temperatūras un spiediena tās sauc par fāzu diagrammām P---T koordinātēs

5. attēlā parādīta ūdens stāvokļa diagramma shematiskā veidā. Jebkurš diagrammas punkts atbilst noteiktām temperatūras un spiediena vērtībām.

Šķidrā stāvoklī - ūdens

Ciets - ledus

Gāzveida - tvaiks

Diagramma parāda tos ūdens stāvokļus, kas ir termodinamiski stabili noteiktās temperatūras un spiediena vērtībās. Tas sastāv no trim līknēm, kas atdala visas iespējamās temperatūras un spiedienus trīs reģionos, kas atbilst ledus, šķidruma un tvaika.

ledus = tvaiks (OA līkne)

ledus = šķidrums (RH līkne)

šķidrums = tvaiks (OC līkne)

O - ūdens sasalšanas punkts

Ūdenim kritiskā temperatūra ir 374 grādi pēc Celsija. Normālā spiedienā ūdens šķidruma un tvaika fāzes atrodas līdzsvarā viena ar otru 100 grādos pēc Celsija, jo šajā gadījumā tvaika spiedienu virs šķidruma salīdzina ar ārējo spiedienu un ūdens vārās. Trīs līkņu krustpunkts notiek punktā O - trīskāršajā punktā, kurā visas trīs fāzes atrodas līdzsvarā viena ar otru.

Apskatīsim katru no līknēm sīkāk. Sāksim ar OA līkni, kas atdala tvaika reģionu no šķidruma apgabala. Iedomāsimies cilindru, no kura ir izvadīts gaiss, pēc kura tajā tiek ievadīts noteikts daudzums tīra ūdens, bez izšķīdušām vielām, tajā skaitā gāzēm; cilindrs ir aprīkots ar virzuli, kas ir fiksēts noteiktā stāvoklī. Pēc kāda laika daļa ūdens iztvaiko, un virs tā virsmas būs piesātināts tvaiks. Jūs varat izmērīt tā spiedienu un pārliecināties, ka tas laika gaitā nemainās un nav atkarīgs no virzuļa stāvokļa. Ja paaugstināsim visas sistēmas temperatūru un vēlreiz izmērīsim piesātinātā tvaika spiedienu, izrādīsies, ka tas ir palielinājies. Atkārtojot šādus mērījumus dažādās temperatūrās, mēs atradīsim piesātināta ūdens tvaiku spiediena atkarību no temperatūras. OA līkne ir šīs attiecības grafiks: līknes punkti parāda tos temperatūras un spiediena vērtību pārus, kuros šķidrais ūdens un ūdens tvaiki ir līdzsvarā viens ar otru - pastāv līdzās. OA līkni sauc par šķidruma un tvaika līdzsvara līkni vai viršanas līkni. 5. tabulā parādītas piesātināta ūdens tvaika spiediena vērtības vairākās temperatūrās.

5. tabula Temperatūra	Piesātināta tvaika spiediens	Temperatūra	Piesātināta tvaika spiediens
		mmHg Art.			mmHg Art.

Ūdens molekulārā fizika tā trīs agregācijas stāvokļos

5.2. att. Ūdens agregatīvo stāvokļu diagramma trīspunkta A reģionā. I - ledus. II - ūdens. III -- ūdens tvaiki.

Ūdens dabiskos apstākļos ir atrodams trīs stāvokļos: ciets - ledus un sniega veidā, šķidrs - paša ūdens veidā, gāzveida - ūdens tvaiku veidā. Šos ūdens stāvokļus sauc par agregētajiem stāvokļiem vai attiecīgi cietās, šķidrās un tvaika fāzēm. Ūdens pāreju no vienas fāzes uz otru izraisa tā temperatūras un spiediena izmaiņas. Attēlā parādīta ūdens agregācijas stāvokļu diagramma atkarībā no temperatūras t un spiediena P. No 5.2. att. redzams, ka I apgabalā ūdens ir sastopams tikai cietā veidā, II apgabalā - tikai šķidrā veidā, III apgabalā - tikai ūdens tvaiku veidā. Gar maiņstrāvas līkni tas atrodas līdzsvara stāvoklī starp cieto un šķidro fāzi (ledus kušana un ūdens kristalizācija); pa AB līkni - līdzsvara stāvoklī starp šķidro un gāzveida fāzi (ūdens iztvaikošana un tvaika kondensācija); pa AD līkni - līdzsvarā starp cieto un gāzveida fāzēm (ūdens tvaiku sublimācija un ledus sublimācija).

Fāzu līdzsvars saskaņā ar 5.2. attēlu pa līknēm AB, AC un AD ir jāsaprot kā dinamiskais līdzsvars, t.i., pa šīm līknēm vienas fāzes jaunizveidoto molekulu skaits ir stingri vienāds ar citas fāzes jaunizveidoto molekulu skaitu. .

Ja mēs, piemēram, pakāpeniski atdzesējam ūdeni pie jebkura spiediena, tad robežās nonāksim uz maiņstrāvas līknes, kur ūdens tiks novērots atbilstošā temperatūrā un spiedienā. Ja mēs pakāpeniski sildīsim ledu dažādos spiedienos, mēs nonāksim tajā pašā maiņstrāvas līdzsvara līknē, bet ledus pusē. Līdzīgi mums būs ūdens un ūdens tvaiki, atkarībā no tā, uz kuru pusi mēs tuvojamies AB līknei.

Visas trīs agregācijas stāvokļa līknes - AC (ledus kušanas temperatūras atkarības no spiediena līkne), AB (ūdens viršanas temperatūras atkarības no spiediena līkne), AD (tvaika spiediena atkarības līkne no cietās fāzes temperatūras) - krustojas vienā punktā A, ko sauc par trīspunktu. Saskaņā ar mūsdienu pētījumiem piesātinājuma tvaika spiediena un temperatūras vērtības šajā punktā ir attiecīgi vienādas: P = 610,6 Pa (vai 6,1 hPa = 4,58 mm Hg), t = 0,01 ° C (vai T = 273,16 K). Papildus trīskāršajam punktam AB līkne iet cauri vēl diviem raksturīgiem punktiem - punktu, kas atbilst ūdens viršanai normālā gaisa spiedienā ar koordinātām P = 1,013 10 5 Pa un t = 100°C, un punktu ar koordinātām P = 2,211 10 7 Pa un t cr = 374,2°C, kas atbilst kritiskajai temperatūrai - temperatūrai, tikai zem kuras ūdens tvaikus saspiežot var pārvērst šķidrā stāvoklī.

Līknes AC, AB, AD, kas saistītas ar vielas pārejas procesiem no vienas fāzes uz otru, apraksta ar Klepeirona-Klausiusa vienādojumu:

kur T ir absolūtā temperatūra, kas atbilst katrai līknei, attiecīgi iztvaikošanas, kušanas, sublimācijas uc temperatūrai; L -- attiecīgi īpatnējais iztvaikošanas, kušanas, sublimācijas siltums; V 2 - V 1 ir attiecīgi īpatnējo tilpumu atšķirība, pārvietojoties no ūdens uz ledu, no ūdens tvaikiem uz ūdeni, no ūdens tvaikiem uz ledu. Detalizēts šī vienādojuma risinājums attiecībā uz piesātināta ūdens tvaiku spiedienu e 0 virs ūdens virsmas - līkne AB un ledus - līkne AD, ir atrodams vispārējās meteoroloģijas gaitā.

Sverdlovskas TEC piektā posma karstā ūdens apgādes apkures loka iekārtu ūdens ķīmiskais režīms un stāvoklis

Tiešās tīkla plūsmas sastāvdaļas ir: papildūdens un atgriezes ūdens (M-6; Gradmash). 6. pielikumā parādītas tiešā tīkla ūdens patēriņa izmaiņas Sverdlovskas TEC dažādos gada periodos. Dabiski...

Ūdeņraža saišu tīkla dinamika ūdenī un amorfā ledus

15. att. Modelis “Enerģijas transformācijas svārstību laikā” Modelis (15. att.) ilustrē enerģijas transformācijas ķermeņa harmonisko svārstību laikā kvazielastīga spēka ietekmē...

Neideālas sistēmas

Noteiktos apstākļos vienas un tās pašas vielas divas dažādas fāzes (piemēram, šķidrums un gāze) var pastāvēt viena ar otru patvaļīgi ilgu laiku. Lai to izdarītu, divu fāžu robežās ir jāizpilda šādi nosacījumi: , un...

Plūsmas mērītāja izvēles iezīmes

Ja svārstības izplatās plūsmas ātruma virzienā, tad tās veic attālumu L laikā, kur a ir skaņas ātrums dotajā vidē; V - plūsmas ātrums...

Polimorfisma iezīmes

Metāla atomi, pamatojoties uz ģeometriskiem apsvērumiem, var veidot jebkuru kristāla režģi. Taču stabilais un līdz ar to arī reāli esošais tips ir režģis, kuram ir viszemākā brīvās enerģijas rezerve...

Fizikāli ķīmiskās pārvērtības ietver apstrādājamās vielas agregācijas stāvokļa un kristāliskās struktūras izmaiņu procesus...

Fāzes plakne, fāzes trajektorijas. Ierobežot ciklu. Vienkāršāko procesu attēlojums fāzes plaknē. Isoklīni, vienskaitļa punkti. Integrālo līkņu veidošana, izmantojot izoklīnes. Integrālo līkņu konstruēšana, izmantojot delta metodi

Fāzes trajektorija ir fāzes telpas punkta trajektorija, kas attēlo, kā dinamiskas sistēmas stāvoklis mainās ar laiku t. Apskatīsim n-tās kārtas parasto diferenciālvienādojumu sistēmu Y = F(x,Y)...

Lielmolekulāro savienojumu fizika

Štaudingers izmantoja šāda veida reakcijas, lai pierādītu dabisko un pēc tam sintētisko polimēru makromolekulāro struktūru. Viņš pārveidoja polivinilacetātu polivinilspirtā...

Hologrāfijas fiziskais pamats

Hologrammas var ierakstīt ne tikai uz fotoplatēm, bet arī citos datu nesējos. Ir daudz dažādu materiālu, kuriem ir nepieciešamā jutība un izšķirtspēja...

Elektrisko sildītāju uzstādīšanas elektroaprēķins un automatizācija

"pa labi">1. tabula Apkures metode Enerģijas pārveidošanas mehānisms Darbības joma un IT pretestība (tiešā un netiešā) Elektroenerģija tiek pārvērsta siltumenerģijā, strāvai plūstot caur vadošiem materiāliem Apkure...

Pirmkārt, vienosimies, ka ar terminu “ūdens” mēs saprotam H2O jebkurā no tā iespējamajiem fāzes stāvokļiem.

Dabā ūdens var būt trīs stāvokļos: cietā fāzē (ledus, sniegs), šķidrā fāzē (ūdens), gāzveida fāzē (tvaiks).

Apskatīsim ūdeni bez enerģijas mijiedarbības ar vidi, t.i. līdzsvara stāvoklī.

Uz ledus vai šķidruma virsmas vienmēr ir tvaiki. Kontaktfāzes atrodas termodinamiskā līdzsvarā: ātras molekulas izlido no šķidrās fāzes, pārvarot virsmas spēkus, un lēnās molekulas no tvaika fāzes pāriet šķidrajā fāzē.

Līdzsvara stāvoklī katra temperatūra atbilst noteiktam tvaika spiedienam – kopējam (ja virs šķidruma ir tikai tvaiki) vai daļējai (ja ir tvaiku maisījums ar gaisu vai citām gāzēm). Tvaiku, kas ir līdzsvarā ar šķidro fāzi, no kuras tas veidojās, sauc par piesātinātu tvaiku, un tā atbilstošo temperatūru sauc par piesātinājuma temperatūru un spiedienu–piesātinājuma spiediens.

Tagad apsveriet ūdens nelīdzsvarotos stāvokļus:

a) Ļaujiet tvaika spiedienam virs šķidruma samazināties zem piesātinājuma spiediena. Šajā gadījumā tiek izjaukts līdzsvars, ātrāko molekulu dēļ caur fāzes saskarni notiek nekompensēta vielas pāreja no šķidrās fāzes uz gāzveida fāzi.

Vielas nekompensētas pārejas procesu no šķidrās fāzes uz gāzveida fāzi sauc par iztvaikošanu.

Vielas nekompensētas pārejas procesu no cietās fāzes uz gāzes fāzi sauc par sublimāciju vai sublimāciju.

Iztvaikošanas vai sublimācijas intensitāte palielinās, intensīvi noņemot radušos tvaikus. Šajā gadījumā šķidrās fāzes temperatūra samazinās, jo no tās aizplūst molekulas ar vislielāko enerģiju. To var panākt, nepazeminot spiedienu, vienkārši pūšot gaisa plūsmu.

b) Ļaujiet šķidrumam piegādāt siltumu atvērtā traukā. Tādā gadījumā temperatūra un attiecīgi piesātināto tvaiku spiediens virs šķidruma paaugstinās un var sasniegt pilnu ārējo spiedienu (P = P n, pie sildvirsmas, temperatūra). no šķidruma paceļas virs piesātināto tvaiku temperatūras pie šeit dominējošā spiediena, tie. tiek radīti apstākļi tvaiku veidošanās šķidruma biezumā.

Vielas pārejas procesu no šķidrās fāzes uz tvaika fāzi tieši šķidrumā sauc par viršanu.

Tvaika burbuļu veidošanās process šķidruma biezumā ir sarežģīts. Lai ūdens vārītos, uz siltuma padeves virsmas ir jābūt iztvaikošanas centriem - ieplakām, izvirzījumiem, nelīdzenumiem utt. Uz sildvirsmas vārīšanās laikā temperatūras starpība starp ūdeni un piesātinātu tvaiku pie šeit dominējošā spiediena ir atkarīga no siltuma padeves intensitātes un var sasniegt desmitiem grādu.

Šķidruma virsmas spraiguma spēku darbība izraisa šķidruma pārkaršanu fāzes saskarnē, kad tas vārās par 0,3-1,5 o C attiecībā pret piesātināto tvaiku temperatūru virs tā.

Jebkuru vielas pārejas procesu no šķidrās fāzes uz tvaika fāzi sauc par iztvaikošanu.

Iztvaikošanai pretējs process, t.i. vielas nekompensētu pāreju no tvaika fāzes uz šķidro fāzi sauc par kondensāciju.

Pie nemainīga tvaika spiediena kondensācija notiek (tāpat kā vārīšanās) nemainīgā temperatūrā un ir siltuma noņemšanas rezultāts no sistēmas.

Sublimācijai pretējs process, t.i. Vielas pāreju no tvaika fāzes tieši uz cieto fāzi sauc par desublimāciju.

Atgādināsim, ka iepriekš ieviestie piesātinātā tvaika un piesātinājuma temperatūras jēdzieni, kas pārnesti uz vārīšanās procesu, izskaidro tvaika un šķidruma temperatūru vienādību vārīšanās laikā. Šajā gadījumā gan šķidruma, gan tvaika fāzes spiediens un temperatūra ir vienādi.

Ūdens šķidro fāzi viršanas temperatūrā sauc par piesātinātu šķidrumu.

Tvaiku viršanas (piesātinājuma) temperatūrā sauc par sausu piesātinātu tvaiku.

Divfāzu šķidruma + tvaika maisījumu piesātinātā stāvoklī sauc par mitru piesātinātu tvaiku.

Termodinamikā šis termins attiecas uz divfāžu sistēmām, kurās piesātinātie tvaiki var būt virs šķidruma līmeņa vai attēlot tvaiku maisījumu ar tajā suspendētiem šķidruma pilieniem. Lai raksturotu mitru piesātinātu tvaiku, to izmanto sausuma pakāpes jēdziensX, kas ir sausā piesātinātā tvaika masas attiecība, m s.n.p, uz kopējo maisījuma masu, m cm = m s.n.p + m w.s.n., to ar šķidrumu piesātinājuma stāvoklī:

Piesātinājuma stāvoklī esošā ūdens šķidrās fāzes masas attiecību pret maisījuma masu sauc par mitruma pakāpi.(1):

Siltuma padeve mitram piesātinātam tvaikam pie nemainīga spiediena noved pie maisījuma šķidrās fāzes pārejas uz tvaika fāzi. Šajā gadījumā maisījuma temperatūru (piesātinājumu) nevar paaugstināt, kamēr viss šķidrums nav pārvērsts tvaikos. Turpmāka siltuma padeve tikai tvaika fāzei piesātinātā stāvoklī noved pie tvaika temperatūras paaugstināšanās.

Tvaiku, kura temperatūra ir augstāka par piesātinājuma temperatūru noteiktā spiedienā, sauc par pārkarsētu tvaiku. Pārkarsēta tvaika temperatūras starpība t un tāda paša spiediena piesātināts tvaiks t n sauc par tvaika pārkaršanas pakāpi Dt p = t -t n.

Palielinoties tvaika pārkaršanas pakāpei, palielinās tā tilpums, samazinās molekulu koncentrācija, un tā īpašības tuvojas gāzu īpašībām.

6.2. Fāžu diagrammas P,t-, P,v- un T,s H 2 O

Lai analizētu dažādus H 2 O stāvokļa izmaiņu termodinamiskos procesus, plaši tiek izmantotas fāžu diagrammas.

Lai iepazītos ar fāzu diagrammām P,t- un P,v, iedomājieties, ka cilindrā zem virzuļa, radot pastāvīgu spiedienu (6.1. att.), atrodas ledus sākotnējā temperatūrā t 1. Siltums Q tiek piegādāts caur cilindra sienām H 2 O sildīšanas un fāzu pāreju process parādīts t, Q diagrammā. Ledus tiek uzkarsēts līdz kušanas temperatūrai t pl (process 1a), pēc kura ledus konstantā temperatūrā izkūst un pārvēršas ūdenī (aa"), tad ūdens tiek uzkarsēts līdz vārīšanās (piesātinājuma) temperatūrai t n (a"b) , tad notiek iztvaikošanas process un ūdens pārvēršanās sausā piesātinātā tvaikā (vv"), kam seko tvaika pārkarsēšanas process (v"2) līdz temperatūrai t 2.

Tas pats process (12) pārkarsēta tvaika iegūšanai no ledus nemainīgā spiedienā ir parādīts 6.2. attēlā P,t koordinātu sistēmā. Tā kā kušanas (aa") un iztvaikošanas (vv") procesi notiek nemainīgā temperatūrā, attēlā. 6.2. tie koncentrējas punktos a un b. P,t diagrammā šie punkti raksturo divu fāžu maisījumu termodinamisko līdzsvaru. Ģeometriski šo punktu atrašanās vieta dažādos spiedienos un atbilstošās temperatūrās attēlo fāzu pāreju līnijas.

Līnija AB – cietās un šķidrās fāzes fāzes pārejas līnija. Šī ir anomāla līnija, jo Lielākajai daļai vielu, palielinoties spiedienam, palielinās arī ūdens kušanas temperatūra.

Līnija AK ir šķidruma un tvaika fāzes fāzes pārejas līnija, palielinoties spiedienam, palielinās arī ūdens un tvaika viršanas (piesātinājuma) temperatūra.

Samazinoties spiedienam, starpība starp kušanas un piesātinājuma temperatūru samazinās, un punktā A šīs līknes saplūst. Šo punktu A sauc par ūdens trīskāršo punktu; tās koordinātes nosaka fiziskos apstākļus(P o i t o) , kurā visas trīs vielas fāzes atrodas termodinamiskā līdzsvarā un var pastāvēt vienlaicīgi. Trīskāršā ūdens punkta parametri: t o = 0,01 o C vai 273,16 tūkst Un R o =611,2 Pa .

Maiņstrāvas līkne, kas atrodas zem trīskāršā punkta, ir cietās un tvaika fāzes fāzes pārejas un līdzsvara līnija, t.i. sublimācijas un desublimācijas līnija. Tādējādi pie spiediena, kas atbilst de procesam, kad cietā fāze (de) tiek uzkarsēta punktā c, cietā fāze pāriet tvaikā - sublimācija, kad tiek atdzesēta (process ed), tvaiki pāriet cietā fāzē - desublimācija. Abos gadījumos pāreja apiet šķidro fāzi.

Fāzes pārejas līknes sadala visu P,t diagrammas lauku trīs zonās: pa kreisi no BAC līnijām ir cietvielu zona (ledus), starp BA un KA līknēm ir šķidruma zona un pa labi no KAS ir pārkarsētā tvaika zona. Šajā gadījumā līnija AK augšpusē beidzas ar punktu K, ko nosaka kritiskie parametri. Pie spiediena, kas pārsniedz kritisko vērtību, nav redzama fāzes pāreja no šķidruma uz tvaiku.

Ūdens attiecas uz vielām, kurām ir vairākas kristālisko fāžu modifikācijas. Šobrīd ir zināmas sešas ūdens ledus modifikācijas. Pie spiedieniem, kas sasniegti parastajās tehniskajās ierīcēs, tiek iegūta tikai viena ledus modifikācija. Visas pārējās modifikācijas var iegūt pie augsta spiediena. Šādām vielām P,t diagrammā ir nevis viens, bet vairāki trīskārši punkti, jo nav iespējams līdzsvara stāvoklis, kurā ir vairāk nekā trīs tīras vielas fāzes. Galvenais trīskāršais punkts šādā diagrammā ir tas, kurā ir šķidrās, gāzveida un vienas cietās fāzes līdzsvars (punkts A, 6.2. att.).

Vielām ar normālu tilpuma izmaiņu modeli(tie ietver lielāko daļu dabā sastopamo vielu, bet ūdens nav viens no tiem) pie nemainīga spiediena tilpums nepārtraukti palielinās, palielinoties temperatūrai. Šādām vielām pie P = const cietās fāzes tilpums ir mazāks par šķidruma tilpumu, un šķidruma tilpums ir mazāks par tvaiku tilpumu. Šajā gadījumā tilpuma izmaiņas fāzes pārejas laikā var attēlot attēlā. 6.3.

1. punktā - cietā fāze ar tilpumu v 1, punktā a - cietā fāze kušanas temperatūrā ar tilpumu v t p, punktā a" - šķidrā fāze kušanas temperatūrā ar tilpumu v l p, punktā c - šķidrā fāze pie temperatūras piesātinājuma (viršanas) ar tilpumu v", punktā b" - tvaiks ar piesātinājuma temperatūru ar tilpumu v", punktā 2 - pārkarsēts tvaiks ar tilpumu v 2. Tilpuma attiecība v 2 >v">v">v w p >v t p >v 1, t.i. novērojams normāls, dabisks tilpuma samazinājums no v 2 – tvaiki uz v 1 – cieto fāzi.

Saskaņā ar šo modeli ir iespējams izveidot fāzes diagrammu P,v normāla viela(6.4. att.). To veic, veicot eksperimentus, kas līdzīgi 12. procesam (6.3. att.) pie dažādiem nemainīgiem spiedieniem, kā rezultātā normālai vielai P, v diagrammā (6.4. att.) veidojas fāzes pārejas līnijas: DC – cietā fāze kušanas temperatūrā. ; AE – šķidrums kušanas temperatūrā; АК – šķidrums piesātinājuma temperatūrā (vārīšanās, x=0); КL – sausais piesātinātais tvaiks (x=1), ВС – cietā fāze sublimācijas temperatūrā.

Pa kreisi no SVD līnijas ir cietvielu reģions; starp līnijām VD un AE – cietā fāze + šķidrums; starp līnijām AE un AK – šķidrais apgabals; starp līnijām AK un KN – šķidrums + tvaiks; starp līnijām CB, BN un NL — cietā fāze + tvaiks; pa labi no KL līnijas ir tvaika fāzes apgabals. Horizontālā līnija BAN atbilst normālas vielas trīskāršajam punktam P,t diagrammā.

Fāzes diagramma T,s izskatās līdzīga P,v diagrammai normāla viela(6.5. att.). Šeit, pa kreisi no līnijas DВС – cietā fāze, starp līnijām ВD un АЭ – divfāžu stāvoklis, cietā fāze+šķidrums, starp AE un AK – šķidrā fāze, starp BC un NL – divfāžu stāvoklis, cietā fāze+tvaiks; pa labi no KL līnijas – pārkarsēts tvaiks; starp AK un KN – divfāžu stāvoklis šķidrums+tvaiks piesātinātā stāvoklī (mitrs piesātināts tvaiks).

Šīs fāžu diagrammas nevar pilnībā attiecināt uz ūdeni. Ūdens– anomāla viela izobāriskās pārejas laikā no šķidruma uz cietu stāvokli palielinās īpatnējais ūdens tilpums (ledus peld pa ūdens virsmu). Tāpēc P,v diagrammā divfāžu stāvokļa apgabals ledus+šķidrums daļēji uzklāta uz mitra tvaika un šķidruma zonas.

Attēlā 6.6. attēlā ir parādīta palielinātā mērogā daļa no P,v fāzes diagrammas apgabala ūdenim cietās fāzes pārejas zonā uz šķidrumu zemā temperatūrā. Šeit horizontālā ABN ir izoterma, kas atbilst ūdens trīskāršajam punktam P,t diagrammā. Vertikālā AE ir izoterma, kas atbilst šķidruma trīskāršā punkta temperatūrai, un vertikālā ВD ir tā pati ledus izoterma. Starp tiem ir divfāžu stāvokļa zona šķidrums+ledus.

AMNL līkne attēlo šķidruma līniju piesātinājuma temperatūrā (x=0). Palielinoties spiedienam un temperatūrai, sākot no ūdens trīskāršā punkta A, verdošā ūdens īpatnējais tilpums vispirms samazinās, sasniedzot minimumu punktā M (apmēram 4 o C un 800 Pa), un ar tālāku spiediena pieaugumu un temperatūra, verdošā ūdens īpatnējais tilpums nepārtraukti palielinās. Apmēram 8 o C temperatūrā (punkts N) tas sasniedz īpatnējo tilpumu punktā A, un vertikālajā ZA sakrīt divas šķidruma izotermas (0 un 8 o C). Tāpat virs līnijas MN vertikāles atbildīs divām ūdens šķidrās fāzes izotermām. Kā minēts iepriekš, šķidrums ir slikti saspiežama fāze, tāpēc ūdens reģionā izotermas ir gandrīz vertikālas taisnas līnijas.

Arī ūdens cietā fāze ir slikti saspiežama, t.i. ledus izotermas P,v diagrammā ir gandrīz taisnas vertikālas līnijas. Turklāt cietās fāzes tilpums 0 o C temperatūrā ir tuvu ledus tilpumam kušanas stāvoklī temperatūrā, kas zemāka par 0 o C, un šķidrās fāzes tilpums 0 o C temperatūrā ir tuvu šķidruma tilpumam. piesātinājuma stāvoklī negatīvās temperatūrās. Ledus kušanas temperatūras izmaiņu atkarība no spiediena ir vāji izteikta, salīdzinot ar piesātinājuma temperatūras izmaiņām uz spiedienu, tāpēc pie -20 o C ledus kūst pie 187,3 MPa spiediena, un pie +20 o C ūdens vārās plkst. spiediens 2,33 kPa. Viss iepriekš minētais ļauj pieņemt 0 o C izotermas šķidrumam - līnija AE - un ledus kušanas stāvoklī - BD diagrammā P, v - kā robežlīknes starp šķidro fāzi, divfāzu stāvokli. ledus+šķidrums un cietā fāze visiem spiedieniem virs ūdens trīspunkta spiediena. Šajā gadījumā temperatūras diapazonā zem 0 o C cietā fāze atradīsies pa kreisi no līnijas ВD, bet šķidrā fāze būs pa kreisi no līnijas АЭ, jo temperatūrai pazeminoties, samazinās gan šķidrās, gan cietās fāzes tilpums, un ledus kušanas spiediens ir lielāks par ūdens trīskāršā punkta spiedienu. Tomēr šīs novirzes praksē izmantotajās spiediena robežās ir ļoti mazas.

Ledus fāzes pārejas līnija tieši tvaikos (sublimācijas līnija) atrodas spiedienā, kas ir zemāks par trīskāršā punkta - līnijas BC spiedienu. Uz šīs līnijas, samazinoties spiedienam, samazinās ledus temperatūra un tā tilpums. Pa kreisi no līnijas BC ir tikai cietā fāze, pa labi - cietā fāze+tvaiks.

Rezultātā ūdens P,v fāzes diagrammai ir tāda forma, kā parādīts attēlā. 6.7, a. Šeit pa kreisi no CVD līnijas ir ūdens cietā fāze, pa kreisi no AK līnijas ir ūdens šķidrā fāze, starp EABD līnijām ir divfāžu stāvoklis šķidrums+ledus, starp CBNL līnijām – divfāžu stāvoklis ledus+tvaiks, virs KL līnijas – pārkarsēts tvaiks. Ūdens anomālo īpašību dēļ dažādu ūdens fāzu stāvokļu apgabali pārklājas diagrammā P, v: divfāzu stāvokļa apgabals. ledus+šķidrums EABD ir uzklāts uz šķidrā reģiona EAMD un uz divfāzu stāvokļa reģiona šķidrums+tvaiks AMVA papildus tam ir pārklājums uz cietās fāzes apgabala pa kreisi no līnijas ВD. Jāatzīmē, ka šo apgabalu attēls attēlā. 6.7, bet lielākas skaidrības labad palielināts, neievērojot mērogu. Reāli šķidruma un ledus tilpumi ir daudz mazāki nekā punktos A un B, tajā pašā laikā, pazeminoties temperatūrai un pieaugot spiedienam, šo fāzes stāvokļu apjomi samazinās, t.i. pa kreisi no līnijas AE šķidruma apgabals palielinās, palielinoties spiedienam, un cietā fāze, kas atrodas pa kreisi no līnijas AE, nevar atrasties pa kreisi no ūdens šķidrās fāzes apgabala negatīvās temperatūrās.

Lai ilustrētu dažādu ūdens fāžu pārklāšanos P,v diagrammā attēlā. 6.7, a, b parāda divas izotermas (pārtrauktas līnijas), kuru temperatūra ir lielāka (t>t o) un mazāka (t

Izotermas 1234 temperatūra ir mazāka par 0 o C un iet P, v diagrammā 12. rindā šķidrā apgabalā, 22. līnijā - divfāzu stāvokļa apgabalā. šķidrums+ledus, uz līnijas 2"3 - ledus reģionā, uz līnijas 33" - divu fāžu stāvokļa reģionā ledus+tvaiks, uz līnijas 3"4 - pārkarsēta tvaika zonā.

Izotermas 567 temperatūra ir lielāka par 0 o C, un tā iet P, v diagrammā 56. līnijā šķidruma zonā, 66. līnijā - divfāzu stāvokļa apgabalā. šķidrums+tvaiks, 6"7 līnijā - pārkarsēta tvaika zonā.

Šo izotermu krustošanās punkti P,v diagrammā norāda dažādu ūdens fāzu stāvokļu superpozīcijas viens uz otru. Šajos punktos šiem fāzes stāvokļiem ir vienādi īpatnējie tilpumi pie vienādiem spiedieniem un dažādām temperatūrām. Tātad šķidrumam uz izotermas 56 ir tāds pats īpatnējais tilpums ar šķidrums+ledus no viena no punktiem uz 22" izotermas, un ledus uz 2"3 izotermas ir tāds pats tilpums ar šķidrums+tvaiks no viena no 66" izotermas punktiem.

Konstruējot ūdens fāzes T,s diagrammu, entropijas sākumpunktu izvēlas pie ūdens trīskāršā punkta parametriem (t o =0,01 o C un P o =611,2 Pa) šķidrumam piesātinājuma stāvoklī (x). = 0).

Nākotnē, ņemot vērā nelielo ūdens trīskāršā punkta temperatūras starpību un 0 o C, galvenokārt tiks izmantota vērtība nulle grādi pēc Celsija (ar to mēs domājam ūdens trīskāršā punkta temperatūru).

Ūdens šķidrās fāzes entropijām 0 o C temperatūrā dažādiem spiedieniem (no ūdens trīskāršā punkta spiediena un vairāk) būs gandrīz vienādas skaitliskās vērtības, tuvu nullei. Ūdens šķidrās fāzes entropiju vienlīdzība pie 0 o C un dažādiem spiedieniem ir skaidrojama ar ūdens šķidrās fāzes slikto saspiežamību. Tā kā entropiju, tāpat kā jebkuru stāvokļa parametru, nosaka divi neatkarīgi stāvokļa parametri, tad temperatūru un šķidruma īpatnējo tilpumu vienādība uz 0 o C izotermas atbildīs entropiju vienādībai šajos punktos. Entropijas skaitlisko vērtību novirzes šajos punktos no nulles ir tūkstošdaļas 1 kJ/(kg K). Pamatojoties uz iepriekš minēto, ūdens 0 o C šķidrās fāzes izoterma T,s diagrammā attēlos punktu A (6.8. att., a).

Ledus kušanas īpatnējais siltums ir pozitīvs lielums, tātad pie 0 o C tas ir vienāds ar 335 kJ/kg, tāpēc atradīsies punkts B, kas atbilst cietajai fāzei pie ūdens trīspunkta temperatūras un spiediena. pa kreisi no punkta A, t.i. pie negatīvas entropijas vērtības.

Ūdens anomālās īpašības mainīs tā T,s fāzes diagrammas raksturu salīdzinājumā ar T,s diagrammu normālai vielai šķidrā, cietā un līdzsvara divfāzu zonās. ciets + šķidrs Un ciets + tvaiksštatos. Pirmkārt, šie apgabali atradīsies zem ūdens trīspunkta izotermas, jo ledus var pastāvēt tikai temperatūrā, kas ir mazāka (vai vienāda ar) 0 o C. Otrkārt, tie tiks uzklāti uz sublimācijas apgabala, kur vienlaikus atrodas cietā un tvaika fāze. Ūdens šķidrā fāze var būt arī temperatūrā, kas zemāka par 0 o C, t.i. pie šīm temperatūrām šķidrās fāzes apgabala T,s diagramma atkal pārklāsies ar divfāzu stāvokļu apgabaliem šķidrums+ledus Un tvaiks+ledus.

Pozitīvais īpatnējais ledus kušanas siltums un negatīvās (Celsija grādos) temperatūras vērtības fāzes pārejas laikā no ledus uz šķidrumu izskaidro fāzu pāreju robežlīniju atrašanās vietu: BC – sublimācijas līnija, AE – šķidruma līnija kušanas brīdī. temperatūra, ВD – ledus līnija kušanas temperatūrā (.6.8. att., a). Fāzu pāreju līniju raksturs šajā reģionā ir izskaidrojams ar šķidruma un ledus izobāriskās siltumietilpības atkarību no spiediena (līnijas ar zemāku siltumietilpību T,s diagrammā ir stāvākas nekā līnijas ar lielāku siltumietilpību). BC sublimācijas līnija ir plakanāka nekā VD līnija, jo ledus izobariskā siltumietilpība palielinās, samazinoties spiedienam, un tajās pašās temperatūrās spiediens uz BC līniju ir mazāks par spiedienu uz VD līniju. Savukārt VD līnija ir stāvāka nekā AE līnija, jo tajās pašās temperatūrās ledus izobariskā siltumietilpība ir mazāka par šķidruma siltumietilpību.

T,s fāzes diagramma ūdenim tiks parādīta attēlā. 6.8, a. Pa kreisi no KAE līnijas būs ūdens šķidrās fāzes apgabals, starp DBAE līnijām būs divfāzu stāvokļa apgabals šķidrums+ledus, starp līnijām Т o ВD – cietās fāzes apgabals, starp līnijām СВNL – apgabals cietā fāze+tvaiks, virs KL līnijas ir pārkarsēta tvaika reģions. Divfāžu reģions šķidrums+ledus DBAE tiek uzklāts uz divfāzu stāvokļa reģiona ledus+tvaiks SVNL.

Savukārt uz divfāžu stāvokļa reģionu tvaiks+ledus CBNL ir uzklāts uz CBD ledus zonas. Turklāt ledus un divfāžu stāvokļu reģionā ledus+tvaiks Un šķidrums+ledusšķidrais laukums pa kreisi no līnijas AE tiek uzklāts. Līnijā ВD ir ledus apgabals kušanas stāvoklī, līnijā AE - šķidrums kušanas temperatūrā, līnijā ВС - sublimācijas apgabals, robeža starp ledu un prāmis+ledus, rindā AK - šķidruma apgabals piesātinājuma stāvoklī, līnijā KL - sauss piesātināts tvaiks. Skaidrības labad ūdens fāzu pārvērtības T,s diagrammā attēlā. 2.8, un punktētā līnija parāda izobārus, kuru spiediens ir lielāks (P>P o) un mazāks (P<Р o), чем давление в тройной точке воды. Те же изобары показаны на рис. 6.8, б в Р,t- диаграмме.

Turpmāk galvenā uzmanība tiks pievērsta ūdens šķidro un tvaika fāžu īpašībām temperatūrā, kas ir lielāka vai vienāda ar 0 o C. Tāpēc fāzu diagrammās attēlosim tikai šos apgabalus, t.i. praktiski šī ir labā puse attiecībā pret vertikāli, kas novilkta caur punktu A. Šajā gadījumā P, v diagrammā 0 o C izotermu šķidrajā reģionā var uzskatīt par šķidrās fāzes kreiso robežlīkni, jo tā ir gandrīz vertikāla līnija. T,s diagrammā par entropijas sākumpunktu ņemti ūdens šķidrās fāzes trīskāršā punkta parametri. Tā kā ūdens šķidrās fāzes tilpums 0 o C temperatūrā ir praktiski vienāds ar tā tilpumu trīskāršā punktā un ūdens trīskāršā punkta temperatūra ir ļoti tuvu 0 o C, tad šo divu parametru noturība dos ūdens šķidrās fāzes entropijas konstanta vērtība pie dažādiem spiedieniem un t = 0 o C Tādējādi visi izobāri ūdens šķidrās fāzes apgabalā izies no punkta A T,s diagrammā.

Tādējādi galvenās līnijas un procesus ūdens šķidruma un tvaika fāzēm P, v diagrammā var parādīt attēlā. 6.9. Šeit subkritiskās izotermas šķidruma apgabalā (12) ir tuvu vertikālām taisnām līnijām ar nelielu nobīdi pa kreisi. Slapjā tvaika apgabalā (23) izoterma sakrīt ar piesātinājuma izobaru. Pārkarsēta tvaika (34) zonā izoterma attēlo izliektu uz leju vērstu līkni. Kritiskajai izotermai ir lēciena punkts kritiskajā punktā. Izotermām pie t > tcr var būt arī lēciena punkts, kas pazūd augstā temperatūrā.

Pastāvīgu entropiju līnijas ir uz leju izliektas līknes. Turklāt līnijas s< s кр пересекают только линию x = 0, а линии s >s cr krustojas tikai ar taisni x = 1.

Līniju konstrukcija x=const atbilst segmentu attiecībai:

Šķidruma īpatnējais tilpums ļoti atšķiras no sausā piesātinātā tvaika īpatnējā tilpuma. Tātad ūdens trīskāršajā punktā šķidrumam (punktā A) ir v o "=0,00100022 m 3 /kg, un tvaikam - v o "=206,175 m 3 /kg, kritiskajā punktā v cr =0,003147 m 3 /kg. Pie 1 bāra spiediena v"=0,0010434 m3/kg un v"=1,6946 m3/kg. Rezultātā līnija x=0 ir stāvāka nekā līnija x=1.

T,s diagrammas attēls ūdens šķidruma un tvaika fāzēm ar galveno procesu un parametru līnijām tiks sniegts pēc detalizētas ūdens šķidruma un tvaika fāzes termodinamisko īpašību izpētes.