Диаграмма состояния воды

(рис.1)

Состояние воды изучено в широком интервале температур и давлений. При высоких давлениях установлено семь кристаллических модификаций вещества - явление полиморфизма, которое приводит к усложнению диаграммы состояния.

Рассмотрим проекцию объемной диаграммы состояния воды на плоскость Р-Т при невысоких давлениях. На диаграмме имеются 3 поля: льда, жидкости и пара. В пределах каждого поля можно произвольно менять температуру и дав­ление без изменения числа фаз, т.к. при Ф = 1

С= 1 - 1+2 = 2

Кривые ОС, ОВ, ОА характеризуют те значения Р и Т, при которых в системе имеются в" равновесии две фазы. Каждая из кривых показывает зависимость температуры фазового перехода от внешнего давления. Наклон кривых опреде­ляют по уравнению Клапейрона:

(dP/dT) ж п =ΔН/T(Vп - Vж)

Т.к. Vп > Vж, то ΔV>0. Теплота испарения ΔΗ>0, поэтому при росте температуры, давление увеличивается и кривая ОВ наклонена вправо.

Линия ОА показывает зависимость температуры замерзания воды от внешнего давления. Применим уравнение Клапейрона:

(dP/dT) т ж =ΔH/T(Vж - Vт)

Для воды Vt>Vж, поэтому ΔV<0, то (dP/dT) т ж < О, и линия ОА наклонена влево.

Система, заданная точкой на любой кривой моновариантна, т.е. имеет одну степень свободы С=3-2=1. Следовательно, произвольно можно изменять или давление, или температуру.

Точка О на диаграмме соответствует системе, в которой существуют три фазы (т. ж, п). В этом случае С=0 (система нонвариантна или инвариантна). В таком состоянии система может находиться при t= 0,01° С и давлении 1,033 х 10⁵ Па.

На диаграмме имеется кривая ОД, которая является продолжением кривой ОВ, характеризующей равновесие ж п. Кривая ОД соответствует равновесию.