Читать онлайн «Особенности фазовых диаграмм однокомпонентных систем»

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет −УПИ» Е. И. Степановских ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ Учебное пособие Электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Физическая и коллоидная химия» Научный редактор: проф. , д-р хим. наук, Ю. Н. Макурин Учебное пособие по курсу физической химии для студентов дневной фор- мы обучения химико-технологического факультета и факультета строи- тельного материаловедения. Учебное пособие посвящено изучению раздела курса физической химии, ка- сающегося фазовых равновесий в однокомпонентных системах. Рассмотрены основные типы фазовых равновесий, фазовые переходы I и II рода, энантио- тропные и монотропные превращения, жидкие кристаллы. ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2008 Екатеринбург, 2008 Степановских Е. И. Особенности фазовых диаграмм однокомпонентных систем Учебное пособие разработано в дополнении к имеющимся учебникам и охватывает раздел физической химии, посвященный фазовым равновесиям в однокомпонентных системах. Кроме обычно предлагаемого студентам мате- риала по термодинамике фазовых равновесий оно содержит информацию о некоторых характеристиках этих равновесий и о явлениях, при них наблю- дающихся: сверхкритические флюиды, жидкие кристаллы, особенности фа- зовых равновесий в биохимических системах. Это является интересным, ак- туальным и полезным для студентов, обучающихся по специальностям 240401 –химическая технология органических веществ и 240901 – биотехнология. 1. Основные понятия Испарение, плавление, сублимация − это примеры изменений состоя- ния вещества, не сопровождающиеся изменением химического состава. Ос- новная идея термодинамического описания подобных процессов состоит в стремлении системы при постоянных температуре и давлении к минимуму энергии Гиббса. Фазовая диаграмма − этот графический образ физического состояния вещества, представленный в координатах давление − температу- ра. Фаза вещества − это состояние материи, однородной по химическому составу и физическим свойствам. Бывают твердая, жидкая, газообразная фа- за. Твердые фазы иногда бывают разными для одного и того же вещества, например, аллотропные модификации фосфора (белый и черный фосфор). Фазовый переход − это самопроизвольное превращение одной фазы в другую, происходящее при некоторой, определенной для данного давления температуре. Известно, что для воды при давлении 1 атм и температуре ни- же 273,15 К стабильной фазой является лед. С точки зрения изменения энергии Гиббса это означает, что при температуре ниже 273,15 К энергия ГОУ ВПО УГТУ−УПИ−2008 стр. 2 из 55 Степановских Е. И. Особенности фазовых диаграмм однокомпонентных систем Гиббса уменьшается при фазовом переходе вода → лёд ( или жидкое со- стояние → твердое состояние), а при температуре выше 273,15 К энергия Гиббса уменьшается при обратном переходе: лёд → вода (твердое состоя- ние →жидкое состояние).