К анализу диаграммы состояния воды

Правило фаз широко применяется для анализа гетерогенных систем.

Диаграмма состояния – это диаграмма типа равновесное свойство – состав системы.

Пример: применим правило фаз Гиббса к анализу диаграммы состояния однокомпонентной системы, в частности, воды. Известно, что вода в области обычных давлений и температур может существовать в твердом (лед), жидком (вода) и парообразном (водяной пар) состояниях. Запишем правило фаз Гиббса применительно к однокомпонентной системе:

С=К-Ф+2

К=1, следовательно, С=3-Ф

1) Если вода находится в однофазном состоянии (Ф=1), то число степеней свободы С=3-1=2 – система дивариантна.

На диаграмме состояния жидкой, твердой и парообразной воде отвечают три площади, в пределах каждой из которых можно произвольно менять и давление и температуру, без изменения числа и природы фаз.

2) Если вода находится в двухфазном состоянии (Ф=2), то число степеней свободы С=3-2=1 – система моновариантна.

На диаграмме это кривая линия. Поскольку для воды двухфазных равновесий три, то на диаграмме будет три линии. Произвольно можно менять только один параметр состояния (р или Т), а второй изменяется зависимо.

3) Если вода находится в трехфазном состоянии (Ф=3), то число степеней свободы С=3-3=0 – система нонвариантна.

Такому состоянию отвечает на диаграмме точка.

Вывод: Диаграмма состояния воды включает в себя два различных поля, разделенных кривыми линиями, которые пересекаются в одной точке – тройной точке, которой соответствует определенное значение давления и температуры.

 

Р

лед а

пар

с вода в

Т

кривая оа – возгонка льда

кривая ов – испарение жидкой воды

кривая ос – плавление льда