Фазовые диаграммы это: Фазовая диаграмма | это… Что такое Фазовая диаграмма?

Фазовая диаграмма | это… Что такое Фазовая диаграмма?

У этого термина существуют и другие значения, см. Фазовая плоскость.

Фа́зовая диагра́мма (диаграмма состоя́ния) — графическое отображение равновесного состояния бесконечной физико-химической системы при условиях, отвечающих координатам рассматриваемой точки на диаграмме (носит название фигуративной точки).

Содержание 1 Анализ фазовых диаграмм 2 Диаграммы температура-давление 2.1 Диаграммы однокомпонентных систем 2.2 Сечения и проекции диаграмм бинарных систем 3 Диаграммы температура-состав 3.1 Диаграммы бинарных систем 3.1.1 Неограниченная растворимость в твёрдом состоянии 3.1.2 Эвтектические и эвтектоидные превращения 3.1.3 Сплавы, образующие химические соединения 3.2 Политермические сечения 4 Изотермические сечения 5 Методы экспериментального построения фазовых диаграмм 6 Методы термодинамической оптимизации фазовых диаграмм 7 См. также

Анализ фазовых диаграмм

Обычными координатами для построения фазовой диаграммы являются термодинамические параметры — температура и давление — и состав системы (в мольных или массовых процентах).

В общем случае количество координат превышает число компонентов системы на единицу (диаграмма однокомпонентной системы двумерна, двухкомпонентной — трёхмерна и т. п.) Для конденсированных систем зачастую не учитывают изменение фазовых равновесий за счёт давления, в этом случае число измерений диаграммы равно числу компонентов (диаграмма конденсированной двухкомпонентной системы двумерна, трёхкомпонентной — трёхмерна и т. п.) Сложные фазовые диаграммы в печатных изданиях изображают в виде сечений или проекций.

Согласно правилу фаз, на двумерной диаграмме однофазная область описывается полем, двухфазная — линией (на p-T диаграммах) или набором параллельных линий (конод), для которых фиксированы составы равновесных фаз (на диаграммах с участием состава), трёхфазная — точкой (на p-T диаграммах) или горизонталью (на T-x или p-x диаграммах).

Диаграммы температура-давление

Диаграммы однокомпонентных систем

Фазовая диаграмма воды

На фазовых диаграммах однокомпонентных систем поля, по правилу фаз, соответствуют однофазным состояниям, линии, разграничивающие их — двухфазным, точки пересечения линий — трёхфазным (эти точки называют тройными точками).

Двухфазные линии, как правило, либо соединяют две тройные точки, либо тройную точку с точкой на оси ординат, отвечающую нулевому давлению. Исключение составляет линия жидкость-газ, заканчивающаяся в критической точке. При температурах выше критической различие между жидкостью и паром исчезает.

Сечения и проекции диаграмм бинарных систем

Диаграммы температура-состав

Диаграммы бинарных систем

Неограниченная растворимость в твёрдом состоянии

Эвтектические и эвтектоидные превращения

Сплавы, образующие химические соединения

Политермические сечения

Изотермические сечения

Методы экспериментального построения фазовых диаграмм

Динамические:

• Дифференциальный термический анализ
• Визуальный термический анализ

Статические:

• Рентгенофазовый анализ
• Локальный рентгеноспектральный анализ

Методы термодинамической оптимизации фазовых диаграмм

• Метод CALPHAD
• Метод выпуклых оболочек Г. Ф.Воронина

См. также

• Правило фаз
• Инконгруэнтное плавление
• Конгруэнтное плавление
• Диаграмма состояния сплавов железо-углерод

Фазовая диаграмма | это… Что такое Фазовая диаграмма?

У этого термина существуют и другие значения, см. Фазовая плоскость.

Фа́зовая диагра́мма (диаграмма состоя́ния) — графическое отображение равновесного состояния бесконечной физико-химической системы при условиях, отвечающих координатам рассматриваемой точки на диаграмме (носит название фигуративной точки).

Содержание 1 Анализ фазовых диаграмм 2 Диаграммы температура-давление 2.1 Диаграммы однокомпонентных систем 2.2 Сечения и проекции диаграмм бинарных систем 3 Диаграммы температура-состав 3.1 Диаграммы бинарных систем 3.1.1 Неограниченная растворимость в твёрдом состоянии 3. 1.2 Эвтектические и эвтектоидные превращения 3.1.3 Сплавы, образующие химические соединения 3.2 Политермические сечения 4 Изотермические сечения 5 Методы экспериментального построения фазовых диаграмм 6 Методы термодинамической оптимизации фазовых диаграмм 7 См. также

Анализ фазовых диаграмм

Обычными координатами для построения фазовой диаграммы являются термодинамические параметры — температура и давление — и состав системы (в мольных или массовых процентах).

В общем случае количество координат превышает число компонентов системы на единицу (диаграмма однокомпонентной системы двумерна, двухкомпонентной — трёхмерна и т. п.) Для конденсированных систем зачастую не учитывают изменение фазовых равновесий за счёт давления, в этом случае число измерений диаграммы равно числу компонентов (диаграмма конденсированной двухкомпонентной системы двумерна, трёхкомпонентной — трёхмерна и т. п.) Сложные фазовые диаграммы в печатных изданиях изображают в виде сечений или проекций.

Согласно правилу фаз, на двумерной диаграмме однофазная область описывается полем, двухфазная — линией (на p-T диаграммах) или набором параллельных линий (конод), для которых фиксированы составы равновесных фаз (на диаграммах с участием состава), трёхфазная — точкой (на p-T диаграммах) или горизонталью (на T-x или p-x диаграммах).

Диаграммы температура-давление

Диаграммы однокомпонентных систем

Фазовая диаграмма воды

На фазовых диаграммах однокомпонентных систем поля, по правилу фаз, соответствуют однофазным состояниям, линии, разграничивающие их — двухфазным, точки пересечения линий — трёхфазным (эти точки называют тройными точками).

Двухфазные линии, как правило, либо соединяют две тройные точки, либо тройную точку с точкой на оси ординат, отвечающую нулевому давлению. Исключение составляет линия жидкость-газ, заканчивающаяся в критической точке. При температурах выше критической различие между жидкостью и паром исчезает.

Сечения и проекции диаграмм бинарных систем

Диаграммы температура-состав

Диаграммы бинарных систем

Неограниченная растворимость в твёрдом состоянии

Эвтектические и эвтектоидные превращения

Сплавы, образующие химические соединения

Политермические сечения

Изотермические сечения

Методы экспериментального построения фазовых диаграмм

Динамические:

• Дифференциальный термический анализ
• Визуальный термический анализ

Статические:

• Рентгенофазовый анализ
• Локальный рентгеноспектральный анализ

Методы термодинамической оптимизации фазовых диаграмм

• Метод CALPHAD
• Метод выпуклых оболочек Г.Ф.Воронина

См. также

• Правило фаз
• Инконгруэнтное плавление
• Конгруэнтное плавление
• Диаграмма состояния сплавов железо-углерод

Фазовые диаграммы — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

1535

Фазовая диаграмма представляет собой графическое представление физических состояний вещества при различных условиях температуры и давления. Типичная фазовая диаграмма имеет давление на оси y и температуру на оси x. Когда мы пересекаем линии или кривые на фазовой диаграмме, происходит изменение фазы. Кроме того, на линиях или кривых сосуществуют в равновесии два состояния вещества.

Введение

Фазовый переход — это переход из одного состояния вещества в другое. Есть три агрегатных состояния вещества: l жидкое, твердое и газообразное .

• Жидкость: Состояние вещества, состоящее из рыхлых, свободно движущихся частиц, которые образуют форму, заданную границами сосуда, в котором находится жидкость. Это происходит потому, что движение отдельных частиц внутри жидкости гораздо менее ограничен, чем в твердом теле. Можно заметить, что некоторые жидкости текут легко, тогда как некоторые жидкости текут медленно. Относительное сопротивление жидкости течению равно 9.вязкость 0028 .
• Твердое тело: Состояние вещества с плотно упакованными частицами, которые не изменяют форму или объем сосуда, в котором оно находится. Однако это не означает, что объем твердого тела является постоянным. Твердые тела могут расширяться и сжиматься при изменении температуры. Вот почему, когда вы ищете плотность твердого тела, это будет указывать на температуру, при которой указано значение плотности. В твердых телах существуют сильные межмолекулярные силы, которые удерживают частицы в непосредственной близости друг от друга. Еще одна интересная вещь, о которой стоит подумать, это то, что все настоящие твердые тела имеют кристаллическую структуру. Это означает, что их частицы расположены в трехмерном упорядоченном порядке. Твердые тела претерпевают фазовые изменения, когда сталкиваются с изменениями энергии.
• Газ: Состояние вещества, при котором частицы рассредоточены без определенной формы или объема. Частицы газа примут форму и заполнят объем сосуда, в который они помещены. В газе нет межмолекулярных сил, удерживающих частицы газа вместе, поскольку каждая частица движется со своей скоростью в своем направлении. . Частицы газа часто разделены большими расстояниями.

Фазовые диаграммы иллюстрируют изменения между состояниями вещества элементов или соединений в зависимости от давления и температуры. Ниже приведен пример фазовой диаграммы для общей однокомпонентной системы:

Рисунок 1. Общие сведения Фазовая диаграмма

• Тройная точка – точка на фазовой диаграмме, в которой сосуществуют три состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое
• Критическая точка – точка на фазовой диаграмме, в которой вещество неразличимо между жидким и газообразным состояниями
• Кривая плавления (плавления) (или замерзания) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между жидким и твердым состояниями
• Кривая испарения (или конденсации) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между газообразным и жидким состояниями
• Кривая сублимации (или осаждения) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между газообразным и твердым состояниями

Фазовые диаграммы отображают зависимость давления (обычно в атмосферах) от температуры (обычно в градусах Цельсия или Кельвина). Метки на графике представляют устойчивые состояния системы в равновесии. Линии представляют комбинации давлений и температур, при которых две фазы могут существовать в равновесии. Другими словами, эти линии определяют точки фазового перехода. Красная линия разделяет твердую и газовую фазы, представляет сублимацию (твердое тело в газ) и осаждение (газ в твердое). Зеленая линия разделяет твердую и жидкую фазы и представляет плавление (от твердого к жидкому) и замерзание (от жидкого к твердому). Синий цвет разделяет жидкую и газовую фазы, представляет испарение (жидкость в газ) и конденсацию (газ в жидкость). На диаграмме также есть две важные точки: тройная точка и критическая точка. Тройная точка представляет собой комбинацию давления и температуры, которая способствует равновесию всех фаз материи. Критическая точка завершает линию жидкостной/газовой фазы и относится к критическому давлению, давлению, выше которого образуется сверхкритический флюид.

Для большинства веществ температура и давление, относящиеся к тройной точке, ниже стандартной температуры и давления, а давление критической точки выше стандартного давления. Поэтому при нормальном давлении с повышением температуры большинство веществ переходит из твердого состояния в жидкое и газообразное, а при стандартной температуре при повышении давления большинство веществ переходит из газообразного в жидкое и твердое.

Исключение: Вода

Обычно линия твердой/жидкой фазы имеет положительный наклон вправо (как на диаграмме для двуокиси углерода ниже). Однако для других веществ, особенно воды, линия наклонена влево, как показано на диаграмме для воды. Это указывает на то, что жидкая фаза более плотная, чем твердая. Это явление обусловлено кристаллической структурой твердой фазы. В твердых формах воды и некоторых других веществ молекулы кристаллизуются в решетке с большим средним расстоянием между молекулами, в результате чего получается твердое тело с меньшей плотностью, чем жидкость. Из-за этого явления можно растопить лед, просто применяя давление, а не добавляя тепло.

Рисунок \(\PageIndex{2a}\): Диаграммы состояния для CO ₂ Рисунок \(\PageIndex{2b}\): Диаграммы состояния для H ₂ O

Перемещение по диаграмме

Перемещение по фазовой диаграмме раскрывает информацию о фазах материи. Движение вдоль линии постоянной температуры позволяет выявить относительные плотности фаз. При движении от низа диаграммы к верху относительная плотность увеличивается. Движение вдоль линии постоянного давления показывает относительные энергии фаз. При движении слева на диаграмме вправо относительные энергии увеличиваются.

Важные определения

• Сублимация — это когда вещество переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное.
• Осаждение происходит, когда вещество переходит из газообразного состояния в твердое; это обратный процесс сублимации.
• Плавление происходит, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое.
• Слияние — это когда вещество переходит из жидкого состояния в твердое, обратное плавлению.
• Испарение (или испарение ) — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное.
• Конденсация происходит, когда вещество переходит из газообразного состояния в жидкое, обратное испарению.
• Критическая точка – точка температуры и давления на фазовой диаграмме, где жидкая и газообразная фазы вещества сливаются в одну фазу. За пределами температуры критической точки объединенная одна фаза известна как сверхкритическая жидкость .
• Тройная точка возникает, когда температура и давление трех фаз вещества сосуществуют в равновесии.

Ссылки

1. Котц, Джон К. и Пол Младший Трейчел. Химия и химическая реактивность . Np: Издательство Saunders College Publishing, 1999.

.

2. Окстоби, Дэвид В., Х. П. Гиллис и Алан Кэмпион. Основы современной химии . Бельмонт, Калифорния: Thomson Brooks/?Cole, 2008.
3. Петруччи, Ральф и Уильям Харвуд. Ф. Джеффри Херринг. Джеффри Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. 9-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон, 2007.

.

4. Фоллмер, Джон Дж. «Из «разреженного воздуха»: изучение фазовых изменений». J.Chem.Educ. 2000 :77, 488A.

Задачи

Представьте себе вещество со следующими точками на фазовой диаграмме: тройная точка при 0,5 атм и -5°C; нормальная температура плавления при 20°С; нормальная температура кипения при 150°С; и критическая точка при 5 атм и 1000°С. Сплошная жидкая линия является «нормальной» (что означает положительный наклон). Для этого выполните следующее:

1. Примерно нарисуйте фазовую диаграмму, используя единицы измерения атмосферы и Кельвина.

Ответить

1-твердое, 2-жидкое, 3-газовое, 4-сверхкритическое жидкое, точка O-тройная точка, C-критическая точка -78,5 °C (Фаза сухого льда переходит из твердой фазы в газообразную при -78,5 °C)

2. Ранжировать состояния по возрастанию плотности и возрастанию энергии.

3. Опишите, что можно было бы увидеть при давлении и температуре выше 5 атм и 1000°C.

Ответить

Можно было бы увидеть сверхкритическую жидкость, при приближении к которой можно было бы увидеть исчезновение мениска между жидкостью и газом.

4. Опишите, что произойдет с веществом, когда оно будет находиться в вакууме при температуре -15°C и медленно подвергаться воздействию давления.

Ответить

Вещество вначале было бы газом, и по мере увеличения давления оно сжималось бы и в конечном итоге затвердевало, не превращаясь в жидкость, поскольку температура ниже температуры тройной точки.

5. Опишите фазовые переходы от -80°C до 500°C при 2 атм.

Ответить

Вещество будет плавиться где-то около, но выше 20°C, а затем кипеть где-то около, но выше 150°C. Он не будет образовывать сверхкритическую жидкость, поскольку ни давление, ни температура не достигают критического давления или температуры.

6. Что существует в системе при 1 атм и 150°?

Ответить

В зависимости от того, сколько энергии находится в системе, в равновесии будет находиться разное количество жидкости и газа. Если добавить достаточно энергии, чтобы поднять температуру жидкости до 150°C, то будет просто жидкость. Если добавить больше, будет немного жидкости и немного газа. Если было добавлено достаточно энергии, чтобы изменить состояние всей жидкости без повышения температуры газа, то останется только газ.

7. Обозначьте области 1, 2, 3 и 4 и точки O и C на диаграмме.

8. Образец сухого льда (твердый СО ₂ ) охлаждают до -100 °С и кладут на стол при комнатной температуре (25 °С). При какой температуре скорость возгонки и осаждения одинакова? (Предположим, что давление поддерживается постоянным на уровне 1 атм).

Авторы и ссылки

• Мэтью МакКиннелл (UCD), Джесси Верхейн (UCD), Пей Ю (UCD), Лок Ка Чан (UCD), Джессика Даливал (UCD), Шьял Бхела (UCD), Кэндис Вонг-Синг ( УДК)

---

Phase Diagrams распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4. 0 и был создан, изменен и/или курирован LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. фазовые диаграммы

Фазовые диаграммы | ChemTalk

Основная концепция

В этом руководстве вы узнаете об основных особенностях фазовых диаграмм , также называемых диаграммами фазового перехода , а также о других типах диаграмм, а также о том, как интерпретировать и понимать их важность.

Темы, освещенные в других статьях

• Состояние вещества
• Что такое давление?
• Свойства твердых тел, жидкостей, газов
• Межмолекулярные силы
• Физические и химические свойства
• Теплота плавления

Словарь

• Конденсация – когда вещество переходит из газообразного состояния в жидкое
• Испарение – когда вещество переходит из жидкого состояния в газообразное
• Fusion — когда вещество переходит из жидкого состояния в твердое.
• Плавление – при переходе вещества из твердого состояния в жидкое
• Возгонка – при непосредственном переходе вещества из твердого состояния в газообразное
• Осаждение – когда вещество переходит непосредственно из газообразного состояния в твердое
• Фазовый переход – когда вещество переходит из одного состояния в другое (например, из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное)

Что такое фаза Диаграммы погони?

Фазовый переход происходит, когда вещество переходит из одного состояния материи в другое состояние. Существуют три основных состояния вещества: жидкое, твердое и газообразное.

Фазовая диаграмма представляет собой график, который иллюстрирует различные фазы вещества по нескольким переменным, чаще всего по температуре и давлению. Диаграмма может помочь продемонстрировать, как изменение этих переменных влияет на состояние материи конкретного вещества.

Фазовая диаграмма давление-температура

Фазовая диаграмма давление-температура является наиболее распространенным и основным типом.

Фазовая диаграмма типа, показанного выше, изображает зависимость давления (в атмосферах) от температуры (в градусах Цельсия или Кельвина). Сплошные линии представляют границы фаз, также называемые «кривыми сосуществования», потому что две фазы сосуществуют в равновесии друг с другом. Синяя линия показывает точку кипения или переход между жидким и газообразным состоянием, зеленая линия показывает точку замерзания или переход между жидким и твердым состоянием, а красная линия показывает условия, при которых твердое состояние может быть преобразовано непосредственно в газообразную фазу. и наоборот.

Описание фазовых диаграмм

Вот некоторые общие слова и фразы, которые вы услышите, изучая диаграммы фазового перехода.

Кривая плавления (плавления или замерзания) – кривая, показывающая переход между жидким и твердым состояниями

Кривая парообразования (или конденсации) – кривая, показывающая переход между газообразным и жидким состояниями

Сублимация ( или осаждение) кривая – кривая, показывающая переход между газообразным и твердым состояниями

Тройная точка – точка температуры и давления, при которой газ, жидкость и твердое тело сосуществуют в равновесии

Критическая точка – точка температуры и давления, при которой вещество неразличимо между жидким и газообразным состояниями

Фазовая граница – линия, указывающая на условия, при которых два состояния вещества сосуществуют в равновесии

Особый случай воды

Частным случаем, который обычно обсуждается, является фазовая диаграмма воды. На диаграмме сверху пунктирная зеленая линия представляет собой кривую сосуществования твердого и жидкого состояния на фазовой диаграмме воды.

Мы можем видеть, что для среднего вещества повышение давления жидкости заставит его пересечь кривую и стать твердым. Однако для воды повышение давления твердого тела (льда) может привести к тому, что она пересечет кривую и станет жидкостью. Такое поведение является следствием низкой плотности кристаллической структуры льда, которая содержит большое количество свободного пространства из-за водородных связей.

Другие типы диаграмм фазовой погони

Фазовая диаграмма давление-температура не является единственным типом. Есть много термодинамических переменных, которые могут влиять на фазовое поведение вещества, включая объем, энтропию, энтальпию и химический потенциал. Любую из этих переменных можно использовать для создания фазовой диаграммы, показывающей, при каких значениях двух переменных образец является твердым, жидким или газообразным.

Поскольку на двумерной диаграмме в качестве осей могут отображаться только две переменные, иногда третья переменная будет отображаться в виде кривых, показывающих, где эта переменная постоянна. Они имеют разные имена в зависимости от переменной, которую они представляют. Например, изобара показывает постоянное давление, изохора постоянный объем и изотерма постоянная температура.

Трехмерные фазовые диаграммы

Трехмерные диаграммы фазового перехода отображают три термодинамические переменные и показывают области пространства, соответствующие различным фазам. В этом типе диаграммы у нас есть тройная линия вместо тройной точки и поверхности сосуществования вместо кривых сосуществования. Ниже приведена общая трехмерная диаграмма температуры, давления и удельного объема.

Трехмерная фазовая диаграмма

Бинарные смеси

Бинарные смеси имеют фазовые диаграммы, построенные в зависимости от состава, обычно представленного в виде мольной доли одного компонента. Это показывает, как фазовое поведение смеси зависит от конкретного состава образца. Одной из наиболее важных характеристик этого типа сюжета является точка эвтектики , которая является точкой на диаграмме, где температура плавления самая низкая и обычно находится где-то посередине. На приведенной ниже диаграмме вы можете найти эвтектическую точку примерно при 40 мол. % нитрата аммония.

Диаграмма состояния бинарной смеси нитрата аммония и воды. Выше синей кривой находится жидкое состояние, а ниже — твердое состояние.

Кристаллы и полиморфы

Кристаллические твердые тела могут иметь несколько возможных структур в зависимости от термодинамических переменных. Вот почему вы можете услышать, как кто-то говорит о различных формах льда, таких как лед II, лед III или лед IV. Вы также можете увидеть несколько минералов с одинаковой химической формулой, таких как кальцит и арагонит, которые также являются разными кристаллическими фазами (полиморфами) одного и того же вещества.