4.8 Фазовые переходы

Фазовые переходы (ФП) – это переход вещества из одной фазы в другую при изменении внешних условий (Т, Р, С и др.). Существуют фазовые переходы двух родов. В крайних случаях они могут быть плохо различимы. К фазовым переходам первого рода относят системы, в которых происходит скачкообразное изменение физических свойств при непрерывном изменении внешних параметров. Т.е. скачком меняется плотность и т.п. В единице массы при этом выделяется или поглощается тепло. Количество называется теплотой фазового перехода.

Примеры ФП первого рода: большинство процессов в природе и производстве (испарение, конденсация, плавление, сублимация, структурные превращения).

Для фазовых переходов 1-го рода характерно существование метастабильного равновесия, так как образование новой фазы с меньшим значением свободной энергии, т.е. более выгодной, начинается с возникновения зародышей этой фазы. Выигрыш в свободной энергии пропорционален образованию зародышей, а проигрыш от площади поверхности. Таким образом, образование новой фазы зависит от поверхностной энергии и массы вещества.

Поверхностная энергия рассматривается как сумма удельной свободной (σ) необходимой для выполнения работы по преодолению сил межатомного или межмолекулярного взаимодействия, а также и связанную энергию (q), представляющую собой удельную поверхностную энтальпию. Т.е. тепловой эффект, связанный с работой:

U_{полн.поверхн.} = σ + q, где (4.22)

К фазовым переходам 1-го рода относят принцип соответствия. К фазовым переходам 2-го рода относят системы с плавно изменяющимися параметрами и невыделяющейся и теплотой. Для них соблюдается принцип непрерывности. И на диаграмме состав – свойства характерно отсутствие скачков.

Рис. 4.20. Фазовые переходы первого и второго рода

Примеры процессов с фазовыми переходами 2-го рода:

- парамагнетик -> ферромагнетики;

- процессы в сигнетоэлектриках;

- самопроизвольные виды, а также многие процессы преобразования структур полимеров.

Вопросы для самопроверки:

1. В чем заключаются отличия гомогенных и гетерогенных систем

2. В чем заключается сущность закона действующих масс

3. Вывод формулы правила фаз

4. Написать математическое выражение правила фаз в классическом виде

5. Чем определяется вариантность системы

6. Изобразить фигуративную точку в трехмерной системе координат

7. Представить диаграмму состояния воды

8. Дать определение полиморфизма

9. Сформулировать, каким образом производится построение диаграммы состояния в координатах температура-концентрация

10. Представить в графической форме типы ДС

11. Представить схематичное изображение кристаллической решетки твердого раствора

12. Представить схематичное изображение кривой термического анализа

13. Фазовые переходы первого и второго рода

Список использованных источников раздела 4

1. Глазов В.М. Основы физической химии. - М.: Высш. шк., 1981. - 456с.

2. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. - М.: Высш. шк., 1987.-376с.

3. Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов. - М.: Высш. шк., 1981. - 333с.