Фазовые переходы (лекция 4)

4.1. Изменение агрегатного состояния вещества
Основные процессы изменения агрегатного состояния вещества:
Испарение (сублимация).
Конденсация.
Плавление.
Затвердевание (кристаллизация).

Испарение (парообразование) – отрыв молекул от поверхности жидкости и переход в окружающее пространство (при любой температуре).
Для твердых тел это явление называется сублимация или возгонка.
2. Конденсация - превращение пара в жидкость
Если число молекул, покидающих жидкость за единицу времени через единицу поверхности, равно числу молекул, переходящих из пара в жидкость, то наступает динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации.
Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

Q — количество теплоты, получаемое телом при плавлении.
Температура Tпл остается постоянной до тех пор, пока весь кристалл не расплавится, и только тогда температура жидкости вновь начнет повышаться.
Зависимость Т (Q)
3. Плавление.
При повышении температуры амплитуда колебаний частиц увеличивается до тех пор, пока кристаллическая решетка не разрушится, твердое тело плавится.
Количество теплоты, необходимое для расплавления 1 кг вещества, называется удельной теплотой плавления.

Q' — количество теплоты, отдаваемое телом при кристаллизации.
При постоянной температуре, равной Tпл, начинается кристаллизация.
Центры кристаллизации - кристал­лические зародыши (кристаллики вещества, примеси, пыль, сажа и т. д.)
Переохлажденная жидкость – аморфные твердые тела.
4. Затвердевание (кристаллизация).
Зависимость Т (Q’)

4.2. Фазовые переходы I и II рода
Фазой называется равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества.
Фазовый переход – качественное измене­ние свойств вещества при переходе из одной фазы в другую:
Изменение агрегатного состояния вещества
Переход кристаллического вещества из одной модификации в другую

Фазовые переходы I рода
– это переход, сопровождающийся поглощением или выделением теплоты.
Фазовые переходы I рода харак­теризуются постоянством температуры, изменениями энтропии и объема.
Примеры: плавление, кристаллизация и т. п.
В переходах I рода вещество переходит из более упорядоченного кристаллического состояния в менее упорядоченное жидкое состояние. Степень беспорядка увеличивается, т. е., энтропия систе­мы возрастает.

Фазовые переходы II рода
Эти переходы характеризуют­ся постоянством объема и энтропии, но скачкообразным изменением теплоемкости.
Примеры:
Переход ферромагнитных веществ (железа, никеля) при определенных давлении в температуре в парамагнитное состояние.
Переход металлов и некоторых сплавов при температуре, близкой к 0 К, в сверхпроводящее состояние, характеризуемое уменьшением сопротивления до нуля.
Превраще­ние жидкого гелия I при Т= 2,9 К в другую жидкую сверхтекучую модифи­кацию гелий II.

Диаграмма состо­яния используется для наглядного изображения фазовых превращений.
4.3. Диаграмма состояния. Тройная точка.
На диаграмме представлены кривые испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС).
Эти кривые называются кривыми фазового равновесия.
Точка пересечения кривых называется тройной точкой.
Каждое вещество имеет только одну тройную точку.

Диаграмма состояния, полученная в результате эксперимента, позволя­ет судить о том, в каком состоянии находится данное вещество при определенных р и Т, а также какие фазовые переходы будут происходить при том или ином процессе.
Например,
1 - в твердом состоянии,
2 - в газообразном,
3 - одновременно в жидком и газообразном состояниях.
Изобарное нагревание 4—5—6:
в точке 5 -вещество плавится,
в точке 6 - начинает превращаться в газ.

7—8 - кристалл превращается в газ минуя жидкую фазу.
9—10 вещество пройдет следующие три состояния: газ — жид­кость — кристаллическое состояние.