Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

6. Фазовое равновесие в однокомпонентных системах

Условием равновесия между двумя фазами является равенство давления, температуры и химических потенциалов (мольных энергий Гиббса) в обеих фазах. Если температура изменяется при постоянном давлении или давление изменяется при постоянной температуре, то равновесие нарушается и одна из фаз исчезает. Изменение химических потенциалов фаз при этом можно рассчитать по уравнениям:

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, (6.1)

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, (6.2)

где Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнениеми Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением– мольные энергия Гиббса, энтропия и объем.

Условие сосуществования двух фаз при одновременном изменении давления P и температуры T описывается уравнением Клапейрона:

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, (6.3)

где Hф.п. – мольная энтальпия равновесного фазового перехода (плавление, испарение, возгонка, переход между модификациями), Vф.п. – разность мольных объемов фаз, находящихся в равновесии.

В случаях испарения и возгонки уравнение (6.3) можно упростить, считая, что мольным объемом конденсированной фазы (жидкости или твердого тела) Vк.ф. по сравнению с мольным объемом пара Vпар можно пренебречь и что пар подчиняется уравнению состояния идеального газа. Подставляя (VпарVк.ф.) Vпар и Vпар = RT/P, получаем уравнение Клаузиуса-Клапейрона:

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.4)

или после преобразования

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением. (6.5)

Интегрирование в предположении, что Hф.п. не зависит от температуры (что справедливо в узких интервалах температур), дает

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.6)

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.7)

где C – константа интегрирования. Следовательно, зависимость lnP от 1 должна быть линейной, а наклон прямой равен – Hф.п./R.

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.8)

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.9)

По этому уравнению можно рассчитать энтальпию испарения или возгонки, исходя из значений давления пара при двух разных температурах.

Мольные энтальпии возгонки, плавления и испарения при данной температуре связаны соотношением

возгH = плH + испH (6.10)

Энтальпию испарения жидкости можно приближенно оценить по правилу Трутона, согласно которому мольная энтропия испарения в нормальной точке кипения (при 1 атм) приблизительно постоянна:

испS = Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением 88 Дж . моль –1 . К –1 (6.11)

Правило хорошо выполняется для неполярных жидкостей.

Зависимость энтальпии фазового перехода от температуры можно рассчитать по закону Кирхгофа:

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.12)

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением(6.13)

где Cp – разность теплоемкостей фаз, находящихся в равновесии, H0 – константа интегрирования, определяемая из известных значений Hф.п. и Cp. Для небольших интервалов температуры можно считать, что Cp = const. В этом случае из уравнения (6.13) получаем:

Hф.п. (T) = H0 + T Cp. (6.14)

Подставляя уравнение (6.14) в уравнение (6.7), получаем:

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, (6.15)

в котором С определяют из известных значений P, H0 и Cp.

Пример 6-1. Рассчитать изменение давления, необходимое для изменения температуры плавления льда на 1 o C. При 0 o C энтальпия плавления льда равна 333.5 Дж . г –1 , удельные объемы жидкой воды и льда равны Vж. = 1.0002 см 3 . г –1 и Vтв. = 1.0908 см 3 . г –1 .

Решение. Изменение объема при плавлении льда равно

Vж.Vтв. = 1.0002 – 1.0908 = –0.0906 см 3 . г –1 = –9.06 10 –8 м 3 . г –1 .

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением= –1.348 10 7 (Па . К –1 ) = –133 атм . К –1 .

Таким образом, при повышении давления на 133 атм температура плавления льда понижается на 1 градус. Знак «минус» показывает, что при повышении давления температура плавления понижается.

Ответ. P = 133 атм.

Пример 6-2. Рассчитать давление пара жидкого брома при 25 o C. fG o газообразного брома равна 3.110 кДж . моль –1 .

Решение. испG o брома равно fG o [Br2 (г)] = 3110 Дж . моль –1 .

испG o = Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, откуда P = 0.2852 атм.

Ответ. P = 0.2852 атм.

Пример 6-3. Рассчитать давление, при котором графит и алмаз находятся в равновесии при 25 o C. fG o алмаза равна 2.900 кДж . моль –1 . Считать плотности графита и алмаза равными 2.25 и 3.51 г . см –3 соответственно и не зависящими от давления.

Решение. Изменение объема при переходе от графита к алмазу равно

V = 12 . Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением 10 –6 = –1.91 10 –6 м 3 . моль –1

При начальном давлении P1 разность мольных энергий Гиббса G1 = 2900 Дж . моль –1 , а при конечном давлении P2 разность G2 =0.

Поскольку Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, то Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением= G2G1 = V(P2P1).

Отсюда P2 = Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением= 1.52 10 9 Па = 1.5 10 4 атм.

Ответ. P = 1.5 10 4 атм.

Пример 6-4. Температура кипения бензола при давлении 1 атм равна 80.1 o C. Оценить давление пара бензола при 25 o C.

Решение. Давление пара бензола при T1 = 353.3 K равно P1 = 1 атм. По правилу Трутона испH = 88 . 353.3 = 31.1 кДж . моль –1 . Подставим эти данные в уравнение (6.9). Получим:

Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением, откуда P2 = 0.141 атм.

ЗАДАЧИ

  1. Рассчитать давление, при котором две формы CaCO3 – кальцит и арагонит – находятся в равновесии при 25 o C. fG o кальцита и арагонита при 25 o C равны –1128.79 и –1127.75 кДж . моль –1 соответственно. Считать, что плотности кальцита и арагонита равны 2.71 и 2.93 г . см –3 соответственно и не зависят от давления.
  2. Рассчитать температуру, при которой две формы CaCO3 – кальцит и арагонит – находятся в равновесии при давлении 1 атм. При 25 o C fG o кальцита и арагонита равны –1128.79 и –1127.75 кДж . моль –1 соответственно, fH o равны–1206.92 и –1207.13 кДж . моль –1 соответственно. Считать, что CP = 0.
  3. fG o жидкой и газообразной воды при 25 o C равны –237.129 и –228.572 кДж . моль –1 соответственно. Рассчитать давление пара воды при 25 o C.
  4. Плотности жидкого и твердого олова при температуре плавления (231.9 o C) равны 6.980 г . см –3 и 7.184 г . см –3 соответственно. Энтальпия плавления олова равна 1.690 ккал . моль –1 . Определить температуру плавления олова под давлением 500 атм. Молярная масса олова равна 118.7 г . моль –1 .
  5. При замерзании бензола (5.5 o C) его плотность изменяется от 0.879 г . см –3 до 0.891 г . см –3 . Энтальпия плавления равна 10.59 кДж . моль –1 . Определить температуру плавления бензола при давлении 1000 атм.
  6. Плотности жидкой и твердой ртути при температуре плавления
    (–38.87 o C) равны 13.690 и 14.193 г . см –3 соответственно. Энтальпия плавления ртути равна 2.33 кал . г –1 . Определить температуру плавления ртути при давлении 3000 атм.
  7. Температура кипения жидкого метанола равна 34.7 o C при давлении 200 мм рт. ст. и 49.9 o C при давлении 400 мм рт. ст. Найти температуру кипения метанола при нормальном давлении.
  8. Давление пара диэтилового эфира при 10 o C равно 286.8 мм рт. ст., а при 20 o C – 432.8 мм рт. ст. Определить мольную энтальпию испарения и нормальную температуру кипения эфира.
  9. Давление пара дихлорметана при 24.1 o C равно 400 Торр, а его энтальпия испарения равна 28.7 кДж . моль –1 . Рассчитать температуру, при которой давление пара будет равно 500 Торр.
  10. Давление пара твердого CO2 равно 133 Па при –134.3 o C и 2660 Па при –114.4 o C. Рассчитать энтальпию возгонки.
  11. Давление пара (Торр) жидкости в интервале температур 200 – 260 K описывается уравнением:

ln p = 16.255 – 2501.8 / T.

Рассчитать энтальпию испарения и нормальную точку кипения жидкости.

Давление пара (Торр) жидкого бензола C6H6 между 10 o C и 80 o C описывается уравнением:

lg p = 7.960 – 1780 / T.
Рассчитать энтальпию испарения и нормальную точку кипения бензола.

  • Давление пара жидкого нафталина C10H8 равно 10 Торр при 85.8 o C и 40 Торр при 119.3 o C. Определить энтальпию испарения, нормальную точку кипения и энтропию испарения в нормальной точке кипения.
  • Нормальная точка кипения гексана равна 69.0єC. Оценить а) мольную энтальпию испарения и б) давление пара гексана при 25єC и 60єC.
  • При 0 o C энтальпии испарения и плавления воды равны 595 и 79.7 кал . г –1 соответственно. Давление пара воды при 0 o C равно 4.58 мм рт. ст. Рассчитать давление пара льда при –15 o C, считая, что изменение энтальпии не зависит от температуры.
  • Рассчитать температуру кипения воды на вершине Эвереста (высота 8850 м). Энтальпию испарения воды считать равной 40.67 кДж . моль –1 . Для расчета атмосферного давления на вершине воспользоваться барометрической формулой.
  • Уксусная кислота имеет следующие давления насыщенного пара:

    403P, мм. рт. ст.

    Определить молярную массу уксусной кислоты в паре, если известно, что «испH = 24.35 кДж . моль –1 .

    Давление пара (в мм рт. ст.) твердого и жидкого SO2 выражается уравнениями

    Видео:Урок 124 (осн). Зависимость температуры кипения жидкости от давленияСкачать

    Урок 124 (осн). Зависимость температуры кипения жидкости от давления

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    110. (1/2-00).* Зависимость температуры плавления Sn от давления (в бар) передается выражением t(&3176;С) = 231,8 + 0,0032(P–1). Найти плотность твердого олова ρ тв , учитывая, что Q пл = 7,2 кДж/моль и ρ ж = 6,988 г/см 3 . Молекулярная масса олова 119.
    Решение

    111. (1/2-05). При 1 бар, 125 о С твердые модификации селен (1) и селен (2) равновесно сосуществуют. Энтропии Se(1) и Se(2) равны соответственно 31 и 42 Дж/К . моль. Полагая теплоемкости этих двух фаз равными, вычислить изменения энергии Гиббса при переходе Se(1) → Se(2) при 25° С. Какая фаза селена устойчива при 25° С: Se(1) или Se(2)?

    112. (2/2-06). При давлении 1 атм довели температуру 1 моля кристаллического нафталина до температуры плавления. Какое количество тепла необходимо подвести извне для перевода полученного нафталина в жидкое состояние? Известно, что температура плавления нафталина зависит от давления ( P , атм) следующим образом:

    t° C = 79,8 + 0,0373· P + 1,9·10 –6 ·P 2 .

    Разность мольных объемов жидкого и твердого нафталина равна
    Δ V = 18,69 см 3 /моль.

    113. (3/2-97). Давление насыщенного пара (бар) над жидким йодом описывается температурной зависимостью

    lgP = –3212/T – 5,193 lgT + 23,705.

    Найти теплоемкость газообразного йода, если теплоемкость жидкого йода при температуре кипения 114 °С равна 80,26 Дж/моль·К.

    114. (3/Э-01). Давление пара ртути выражается уравнением

    lg(Р/торр) = –3328/T – 0,848 lgT + 10,53.

    Определить теплоту испарения ртути при температуре кипения (356,66 °С) и удельную теплоемкость жидкой ртути.

    115. (1/2-08). Зависимости давления насыщенного пара для твердой и жидкой муравьиной кислоты (в мм рт. ст.) от температуры выражаются уравнениями: lg ⁡ P т в = 12,486 − 3160 T , lg ⁡ P ж = 7,484 − 1860 T . MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaciiBaiaacEgacaWGqbWaaSbaaSqaaiaadkebcaWGYqaabeaakiabg2da9iaaigdacaaIYaGaaiilaiaaisdacaaI4aGaaGOnaiabgkHiTmaalaaabaGaaG4maiaaigdacaaI2aGaaGimaaqaaiaadsfaaaGaaiilaiaaywW7ciGGSbGaai4zaiaadcfadaWgaaWcbaGaamOneaqabaGccqGH9aqpcaaI3aGaaiilaiaaisdacaaI4aGaaGinaiabgkHiTmaalaaabaGaaGymaiaaiIdacaaI2aGaaGimaaqaaiaadsfaaaGaaiOlaaaa@54A9@

    Рассчитать теплоты испарения, сублимации и плавления. Рассчитать энтропии испарения и сублимации в нормальных точках испарения и сублимации. Рассчитать координаты тройной точки.

    116. (3/Э-08). Замечено, что в диапазоне температур от 10 ° С до 25 ° С давление насыщенных паров воды приблизительно следует правилу: «сколько градусов – столько мм рт. ст.». Оцените теплоту испарения воды и температуру кипения воды при атмосферном давлении.

    117. (2/2-03). По мотивам книги Роберта Хайнлайна «Фермер в небе»: «Во время полета давление было десять фунтов; теперь капитан Хэтти спустила его до трех, то есть до нормального давления на Ганимеде. Ясно, что трех фунтов кислорода вполне достаточно для жизни; на Земле его, кстати, не больше – остальные двенадцать фунтов приходятся на долю азота. Но когда давление падает так внезапно, вы начинаете судорожно хватать ртом воздух….».
    Ганимед – спутник Юпитера, сила тяжести

    1/3 земной.
    Удастся ли колонистам планеты Ганимед сварить куриное яйцо? Если нет, предложите свой способ, используя подручные средства. Ответ обоснуйте. Температура денатурации белка 62 °С.

    Δ f H 298 o MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@ ,
    кДж/моль

    S 298 o MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@ ,
    , Дж/моль·К

    C p , 298 o MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@ ,
    , Дж/моль·К

    118. (2/2-04). Можно ли высушить белье при температуре –10 о С в зимнем приморском городе на открытом воздухе? В этом городе при –10° С влажность воздуха, приведенная в виде давления насыщенных паров воды, колеблется в интервале 2,00 – 2,10 торр. Известно, что:

    а) белье всегда «замерзает» при указанной температуре;

    б) изменение энергии Гиббса для процесса Н 2 О(ж., –10 °С) → Н 2 О(тв., –10 о С) составляет –212,4 Дж/моль;

    в) при –10 °С равновесное давление насыщенных паров над жидкой водой равно 2,149 торр.

    119. (1/2-01). Сколько тонн воды может испариться с 1 км 2 влажной земли в ясный безветренный летний день, если считать, что лимитирующий фактор – поступление солнечного тепла, которое составляет в среднем 4,18 Дж/(с· см 2 ) в течение 8-часового дня?

    Какой минимальный объем воздуха нужен, чтобы вместить это количество воды при температуре почвы и воздуха 25 °С? Давление насыщенного пара воды при 11,3 °С равно 10 торр, а теплота испарения 2433 Дж/г.

    120. (3/Э-06). Коньки, заточенные «под желобок», имеют толщину острия лезвия около 50 мкм.

    Оцените температуру плавления льда под спортсменом весом 70 кг на коньках длиной 30 см. Плотность воды 1 г/см 3 , льда – 0,9 г/см 3 . Молекулярная масса воды 18 г/моль .

    121. (6/2-01).Оцените температуру, при которой максимальна плотность насыщенных паров серы Т кип (S) = 444.6 °C; T кр (S) = 1040 °C; Δ исп H = 2200 кал/моль. Считать, что Δ исп H не зависит от температуры, а вещество в газовой фазе подчиняется уравнению состояния идеального газа.

    122. (5/Э-97). Состояние воды в широком диапазоне температур и давлений достаточно хорошо описывается уравнением Ван-дер-Ваальса:

    p = R T V − b − a V 2 MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiCaiabg2da9maalaaabaGaamOuaiaadsfaaeaacaWGwbGaeyOeI0IaamOyaaaacqGHsisldaWcaaqaaiaadggaaeaacaWGwbWaaWbaaSqabeaacaaIYaaaaaaaaaa@3FFE@ , a = 5,46·10 –6 м 6 ·бар·моль –2 , b = 31·10 –6 м 3 ·моль –1 .

    Оценить по этим данным параметры критического состояния воды (P K , T K , V K ). Какой термодинамической вариантностью характеризуется эта точка?

    Видео:Физика Один грамм паров ртути и один грамм гелия имеют одинаковую температуру. Какой из газов имеетСкачать

    Физика Один грамм паров ртути и один грамм гелия имеют одинаковую температуру. Какой из газов имеет

    Примеры решения типовых задач. DHисп = lисп×МHg = 283,2 Дж/г ×200,6 г/моль =

    1. Температура кипения ртути при нормальном атмосферном давлении равна 357°С. Теплота испарения равна 283,2 Дж/г. Определить изменение давления пара ртути при изменении температуры на 1°С вблизи температуры кипения ртути при нормальном атмосферном давлении.

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Т = 357 + 273 = 630 К

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    2. Давление паров воды при 97°С равно 90919,9 Па, а при 103°С – 112651,8 Па. Определить давление паров воды при 110°С.

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнениемДавление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    3. Удельная теплота плавления нафталина при tпл = 79,9 о С равна 149,25 Дж/г. Разность удельных объемов в жидком и твердом состояниях (DV) при 79,9°С равна 0,146 см 3 /г. Определить изменение Тпл нафталина при увеличении давления в 100 раз по сравнению с атмосферным.

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением; Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Так как давление дано в Па, а DHпл в Дж/г то DV должно быть выражено в м 3 /кг, а энтальпия плавления в Дж/кг.

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением3,452×10 –7 К/Па

    DТпл = 3,452×10 –7 ×(101,3×10 2 ×10 3 – 101,3×10 3 ) = 3,46 К.

    Задачи для самостоятельного решения

    1. Энтальпия испарения воды при температуре кипения при нормальном атмосферном давлении равна 2258,4 Дж/г. Определить изменение давления пара воды при изменении температуры на 1°С вблизи температуры кипения.

    2. Температура кипения ртути при нормальном атмосферном давлении равна 357°С. Изменение давления пара ртути при изменении температуры на 1°С вблизи температуры кипения при нормальном атмосферном давлении равно 1,744×10 3 Па. Вычислить энтальпию испарения ртути в Дж/г.

    3. Давление паров воды при 95° и 97°С соответственно равно 84513 и 90920 Па. Вычислить энтальпию испарения воды (Дж/моль) и количество теплоты, необходимое для испарения 100 кг воды.

    (Ответ: 41,36 кДж/моль; 229,8 МДж)

    4. Давление паров иода при 90°С равно 3572,4 Па, а при 100°С – 6065,15 Па. Определить давление паров иода при температуре 115 о С.

    5. Температура плавления (°С) нафталина в зависимости от давления (Па) выражается уравнением

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнениемДавление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Разность удельных объемов в жидком и твердом состоянии равна 0,146×10 –3 м 3 /кг. Рассчитать энтальпию плавления при давлении 50,66×10 5 Па.

    6. Зависимость давления p пара никотина C10H14N2 от температуры t имеет вид (1 атм =760 мм рт. ст.)

    t, °С
    p, мм рт. ст.

    По графику зависимости lnp от 1/T рассчитайте энтальпию испарения в указанном интервале температур.

    (Ответ: 41,29 Дж/моль)

    Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах, перегонка

    Основные уравнения

    Если система состоит из двух компонентов, а на состояние равновесия влияют такие внешние факторы, как температура и давление, то правило фаз Гиббса имеет вид:

    С = 2 – Ф + 2 = 4 – Ф.(145)

    При Сmin = 0 число фаз Ф = 4. Следовательно, в двухкомпонентной системе число фаз, одновременно находящихся в равновесии, не может быть больше четырех (ж, п, Ат, Вт). Максимальное число степеней свободы Сmax при Фmin = 1 равно 3 (давление, температура и концентрации х1 одного из компонентов). При выражении концентрации в процентах или долях x1 = 1 – х2 и при выбранных параметрах (р, Т, х1 = 1 – х2) состояние двухкомпонентной системы можно изобразить с помощью трехмерной диаграммы. Часто состояние двухкомпонентных систем изучают при p = const или T = const. В этом случае уравнение (145) приобретает вид

    С = 2 – Ф + 1 = 3 – Ф,(146)

    а диаграмма, построенная в координатах «температура – состав» или «давление – состав», будет плоской.

    Равновесие «твердое вещество – жидкость».
    Фазовая диаграмма системы с простой эвтектикой

    Равновесия в системах «твердое вещество – жидкость» встречаются при изучении различных металлических сплавов, силикатов, водных растворов солей, систем, состоящих из органических соединений.

    Особое значение имеют исследования зависимостей температур начала и конца кристаллизации твердых веществ от состава системы. Графики, выражающие эту зависимость, называются фазовыми диаграммамиили диаграммами плавкости.

    Диаграммы плавкости строятся на основании результатов термического анализа, который заключается в наблюдении за скоростью охлаждения расплавленных чистых веществ и их смесей.

    Диаграммы такого типа отвечают бинарным системам, в которых вещества неограниченно смешиваются в жидком состоянии, образуя гомогенный раствор и практически не растворяются в твердом состоянии, образуя гетерогенную систему из твердых фаз.

    Рассмотрим построение и анализ такой диаграммы на примере системы из веществ А и В.

    I

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Рис. 41. Фазовая диаграмма системы

    с простой эвтектикой

    Линия Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением– линия ликвидуса, линия MN – линия солидуса, они разбивают диаграмму на четыре области:

    · область I –жидкий расплав;

    · область II – гетерогенная система, состоящая из кристаллов вещества А и жидкого расплава переменного состава;

    · область III – гетерогенная система, состоящая из кристаллов вещества В и жидкого расплава переменного состава;

    · область IV – гетерогенная система, состоящая из смеси кристаллов А и В.

    Каждая точка на диаграмме называется фигуративной и соответствует одному строго определенному состоянию системы в зависимости от того, где эта точка лежит.

    Чтобы найти состав сосуществующих фаз, надо через фигуративную точку провести горизонталь до пересечения с граничными линиями, из точки пересечения с одной граничной линией опустить перпендикуляр на ось состава – это даст состав одной фазы, из другой – состав другой фазы. Например, для того чтобы найти состав сосуществующих фаз в точке r, проведем горизонталь до пересечения с линией ликвидус и опустим перпендикуляр из точки пересечения (S), определим массовую долю В в расплаве (ωВ), второй конец горизонтали пересекается с левой осью ординат, соответствующей чистому веществу А, находящемуся при температуре tr, ниже температуры его плавления (t 0 А), следовательно вещество А находится в виде кристаллов.

    Диаграмма плавкости позволяет определить не только число фаз и их состав, но и относительные массы фаз, с помощью правила рычага:

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением,(147)

    где gж – масса расплава, г; gтв – масса кристаллов, г.

    Отрезки trr и rS измеряются на диаграмме в сантиметрах или миллиметрах (рис. 41).

    Одним из методов построения диаграмм состояния является метод термического анализа, который заключается в построении кривых охлаждения. Рассмотрим пример: расплавим чистое вещество А и будем его равномерно охлаждать, измеряя температуру. Нанеся эти данные на график, получим кривую охлаждения(рис. 42). Кривая охлаждения любого чистого вещества (однокомпонентная система K = 1) будет состоять из трех участков ab, bc, cd.

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Рис. 42. Кривая охлаждения чистого вещества

    Изломы на кривых охлаждения (графиках в координатах «температура – время») свидетельствуют об изменении числа фаз в системе (рис. 42 и 43).

    Участок ab соответствует охлаждению чистого жидкого вещества А, так как охлаждение ведется равномерно, то он соответствует прямой линии, наклоненной под определенным углом. Число степеней свободы (С) в такой системе рассчитываем по правилу фаз Гиббса: С = KФ + n; n = 1, а С = 1 – 1 + 1 = 1 (то есть температура понижается, но при этом сохраняется жидкая фаза).

    Когда в жидкости появятся первые кристаллы, система станет двухфазной (твердая и жидкая фазы), а число степеней свободы становится равным нулю: С = 1 – 2 + 1 = 0. Следовательно, при охлаждении однокомпонентной системы (чистого вещества) температура не может изменяться, на кривой охлаждения появляется горизонтальный участок – участок bc.

    Охлаждение системы компенсируется теплотой, которая выделяется при кристаллизации. Таким образом, температура горизонтального участка – это температура кристаллизации чистого вещества А.

    Когда вся жидкость закристаллизуется, в системе останется одна фаза – твердая, число степеней свободы снова станет равно 1: С = 1 – 1 + 1 = 1.

    Такая же кривая охлаждения соответствует и чистому веществу В, только горизонтальный участок будет наблюдаться при другой температуре (при температуре плавления В).

    Теперь к твердому веществу А добавим 10% вещества В, смесь расплавим, получим расплав и будем его охлаждать. По результатам охлаждения построим кривую охлаждения (рис. 43), она состоит из четырех участков: mn, nf, fk и kl.

    Давление паров ртути в зависимости от температуры выражается уравнением

    Рис. 43. Кривая охлаждения смеси

    Участок mn соответствует охлаждению расплава:

    Как только в расплаве появятся кристаллы вещества А (С = 2 – 2 + 1 = 1), температура системы будет понижаться уже медленнее из-за того, что при образовании кристаллов выделяется теплота, замедляющая охлаждение, на кривой появится изгиб (точка n), который будет указывать температуру начала кристаллизации (Tn). В соответствии с законом Рауля наблюдается понижение температуры замерзания раствора (температура начала выпадения кристаллов) по сравнению с температурой замерзания чистого жидкого вещества, поэтому Tn

    🎥 Видео

    Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

    Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.

    ЕГЭ. Физика. Промежуточный срез № 4 по теме «Молекулярно-кинетическая теория». ПрактикаСкачать

    ЕГЭ. Физика. Промежуточный срез № 4 по теме «Молекулярно-кинетическая теория». Практика

    Физика. 8 класс. Зависимость температуры кипения от внешнего давления /03.11.2020/Скачать

    Физика. 8 класс. Зависимость температуры кипения от внешнего давления /03.11.2020/

    Тест-система «Пары ртути». Обзор. Лабораторное оборудование ГК «Крисмас». (18+)Скачать

    Тест-система «Пары ртути». Обзор. Лабораторное оборудование ГК «Крисмас». (18+)

    Давление водяных паровСкачать

    Давление водяных паров

    Атмосферное давлениеСкачать

    Атмосферное давление

    Урок 187. Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его свойстваСкачать

    Урок 187. Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его свойства

    Тест-система «Пары ртути». Контроль загрязнений парами ртути в помещениях.Скачать

    Тест-система «Пары ртути». Контроль загрязнений парами ртути в помещениях.

    В пробирке под столбиком ртути заперт влажный воздухСкачать

    В пробирке под столбиком ртути заперт влажный воздух

    Закон БернуллиСкачать

    Закон Бернулли

    СЛУЖБА РТУТИ. РТУТЬ ДОМА. СМЕРТЕЛЬНЫ ЛИ ИСПАРЕНИЯ РТУТИ?Скачать

    СЛУЖБА РТУТИ. РТУТЬ ДОМА. СМЕРТЕЛЬНЫ ЛИ ИСПАРЕНИЯ РТУТИ?

    Ртутный столбСкачать

    Ртутный столб

    Физика Какую массу имеет 3٠10^23 атомов ртути?Скачать

    Физика Какую массу имеет 3٠10^23 атомов ртути?

    Зависимость электрического сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. 8 класс.Скачать

    Зависимость электрического сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. 8 класс.

    Разбился ртуный термометр. Порядок действий - Доктор КомаровскийСкачать

    Разбился ртуный термометр. Порядок действий - Доктор Комаровский

    Почему ртуть из разбитого градусника опасна | ЕСТЬ 5 МИНУТ?Скачать

    Почему ртуть из разбитого градусника опасна | ЕСТЬ 5 МИНУТ?

    Как работает термопара? | Термопары в соответствии с МЭК 60584-1 и ASTM E230Скачать

    Как работает термопара? | Термопары в соответствии с МЭК 60584-1 и ASTM E230

    Урок 109 (осн). Задачи на вычисление количества теплотыСкачать

    Урок 109 (осн). Задачи на вычисление количества теплоты
  • Поделиться или сохранить к себе: