Газообразное

Насыщенный пар. Если парообразование происходит в закрытом сосуде, то одновременно идет и процесс конденсации. Через некоторое время будет наблюдаться динамическое равновесие между этими процессами и перестанет меняться количество жидкости и находящегося над ней пара. Насыщенный пар – газ, находящийся в состоянии термодинамического равновесия со своей жидкостью. Давление насыщенного пара зависит только от его химического состава и температуры. На рис. 5.7 представлена зависимость давления для насыщенного пара (кривая 1) и для идеального газа (кривая 2) от температуры при постоянном объеме. Давление насыщенного пара повышается с повышением температуры.

Ненасыщенный пар – пар, для которого при данной температуре его давление меньше давления насыщенного пара (p<p_в).

p

T

Рис. 5.7

p

p_н

V

T = const

Рис. 5.8

p

T

Рис. 5.7

p

p_н

V

T = const

Рис. 5.8

Критическое состояние – состояние вещества, в котором плотности жидкости и насыщенного пара становятся одинаковыми, и исчезает граница между жидкостью и паром. Критическое состояние определяется критическими параметрами T _кр , p _кр , V _кр (p _кр – критическое давление, V _кр – критический объем).

В критической точке К (рис. 5.9): p_{н.п =} p_ж.

p

T

K

Жидкость

Насыщенный

пар

T _кр

Рис. 5.9

p

T

K

Жидкость

Насыщенный

пар

T _кр

Рис. 5.9

Рис. 5.10

Рис. 5.10

Тройная точка – точка, в которой пересекаются кривые фазового равновесия и которая, следовательно, определяет условия (температуру T _тр и давление p _тр) одновременного равновесия сосуществования трех фаз вещества.

Каждое вещество имеет одну тройную точку. Для многих веществ при плавлении объем возрастает, и увеличение давления приводит к повышению температуры плавления (сплошная КП на рис. 53). Для некоторых же веществ (H₂O) объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы, и увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления.

Анализ экспериментальной диаграммы состояния. На основе экспериментальной диаграммы состояния можно определить, в каком состоянии находится данное вещество при определенных p, T, а также, какие фазовые переходы будут происходить при том или ином процессе. Например, при условиях, соответствующих точке 1 (рис. 5.11), вещество находится в твердом состоянии, точке 2 – в газообразном, а

Рис. 5.11

Рис. 5.11

точке 3 – одновременно в жидком и газообразном состояниях. Допустим, что вещество в твердом состоянии, соответствующем точке 4, подвергается изобарному нагреванию, изображенному на диаграмме состояния горизонтальной штриховой прямой 4 – 5 – 6. Из рисунка видно, что при температуре, соответствующей точке 5, вещество плавится, при более высокой температуре, соответствующей точке 6, – начинает превращаться в газ. Если же вещество находится в твердом состоянии, соответствующем точке 7, то при изобарном нагревании (штриховая прямая 7 – 8)кристалл превращается в газ, минуя жидкою фазу. Если вещество находится в состоянии, соответствующем точке 9, то при изотермическом сжатии (штриховая прямая 9 – 10) оно пройдет следующие три состояния: газ – жидкость – кристаллическое состояние. На диаграммах состояния видно, что кривая испарения обрывается в критической точке К. Поэтому возможен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно в обход критической точки без пересечения кривой испарения (переход 11 – 12), т.е. такой переход, который не сопровождается фазовыми превращениями. Переход же кристаллического состояния в жидкое или газообразное может быть только скачкообразным (в результате фазового перехода), поэтому кривые плавления и сублимации не обрываются.