Тема 1.16. Реальные газы. Фазы, фазовые равновесия и превращения.

Уравнение Ван-дер Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса складывается из его кинетической энергии (энергии теплового движения молекул) и только что нами посчитанной потенциальной. Так, для одного моль газа: где — молярная теплоёмкость при постоянном объёме, которая предполагается не зависящей от температуры.

Фазы — термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Если, например, в закрытом сосуде находится вода, то эта система является двухфазной: жидкая фаза — вода; газообразная фаза — водяные пары. Фазовое равновесие - одновременное существование термодинамически равновесных фаз в многофазной системе. Простейшие примеры – равновесие жидкости со своим насыщенным паром, равновесие воды и льда при температуре плавления, расслоение смеси воды с триэтиламином на два несмешивающихся слоя (две фазы), отличающихся концентрациями. Фазовые переходы первого и второго рода. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ 1 РОДА Плавление — переход из твердого кристаллического состояния в жидкое.
Кристаллизация (затвердевание) — переход вещества из жидкого в кристаллическое (твердое) состояние.
Сублимация (возгонка) — переход из твердого кристаллического состояния в газообразное.
Конденсация — переход из газообразного состояния в жидкое или твердое.
Испарение — переход из жидкого состояния в газообразное.
Тепловой эффект фазового перехода I рода рассчитывается по формуле: , где — удельная теплота фазового перехода — количество тепла, поглощаемого или выделяемого при фазовом переходе 1 килограмма вещества, — масса вещества.

Кривая фазового равновесия. При заданной температуре T термодинамическое равновесие между двумя фазами одного и того же вещества возможно лишь при определенном значении давления в системе. Зависимость равновесного давления от температуры называется кривой фазового равновесия. Фазовая диаграмма состояния вещества - диаграмма равновесия, фазовая диаграмма, графическое изображение соотношений между параметрами состояния физико-химической системы (температурой, давлением и др.) и её составом. Тройная точка— точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов. Тройная точка — это одна из характеристик химического вещества. Обычно тройная точка определяется значением температуры и давления. Критическое состояние вещества - состояние двухфазной системы, в котором сосуществующие в равновесии фазы (напр., жидкость и ее насыщ. пар или две несмешивающиеся жидкости) становятся тождественными по всем своим свойствам. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса — термодинамическое уравнение, относящееся к квазистатическим (равновесным) процессам перехода вещества из одной фазы в другую (испарение, плавление, сублимация, полиморфное превращение и др.). Согласно уравнению, теплота фазового перехода (например, теплота испарения, теплота плавления) при квазистатическом процессе определяется выражением где L — удельная теплота фазового перехода, Δ v — изменение удельного объёма тела при фазовом переходе.

Кристаллические и аморфные твердые тела. Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, т. е. независимость всех физических свойств (механических, оптических и т. д.) от направления. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок). Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой хаотически ориентированных маленьких кристалликов, которые называются кристаллитами. Кристаллические решетки - это упорядоченное расположение частиц(атомов, молекул, ионов) в строго определённых точках пространства. Точки размещения частиц называют узлами кристаллической решётки. Полиморфизм - способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз), называется полиморфной модификацией, устойчиво при определённых внешних условиях (температуре и давлении).

Монокристаллы и поликристаллы. Монокристалы - отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической структурой и условиями кристаллизации. Поликристаллы - агрегаты из большого числа маленьких кристаллических зерен, ориентированных друг относительно друга хаотически. Большинство твердых технических материалов являются поликристаллическими. Текстура - преимущественная ориентация крист. зёрен в поликристаллах или молекул в аморфных телах, жидких кристаллах, полимерах, приводящая к анизотропии св-в материалов.

Правило Дюлонга-Пти. - правило, согласно к-рому для всех элементов в кристаллнч. состоянии теплоёмкость моля вещества не зависит от темп-ры и приблизительно равна 25 Дж/(моль*К).

Строение жидкостей. Твеpдые тела делятся на два вида: на кpисталлические и амоpфные. В состоянии теpмодинамического pавновесия пpебывают лишь кpисталлические тела. Амоpфные же тела по сути пpедставляют метастабильные состояния, котоpые по своему стpоению пpиближаются к неpавновесным, медленно кpисталлизующимся жидкостям. В амоpфном теле идет очень медленный пpоцесс кpисталлизации, пpоцесс постепенного пеpехода вещества в кpисталлическую фазу. Силы поверхностного натяжения Молекула внутри жидкости окружена другими молекулами со всех сторон (А). Молекулу же, находящуюся на границе с воздухом, молекулы жидкости окружают только с одной стороны (В), со стороны же воздуха молекул почти нет. Коэффициент поверхностного натяжения. , где W_p – поверхностная энергия (потенциальная энергия поверхностного слоя жидкости) (Дж); σ – удельная поверхностная энергия или коэффициент поверхностного натяжения (табличная величина) (Дж/м² или Н/м); S – площадь поверхности жидкости (м²).

Капиллярные явления. Явления изменения высоты уровня жидкости в капиллярах по сравнению с уровнем жидкости в широких сосудах называются капиллярными явлениями.

⇐ Предыдущая123

Поделиться: