Уравнение Клаузиуса-Клапейрона

Применяя к равновесной системе, состоящей из одного компонента и двух фаз, второй закон термодинамики, можно вывести уравнение, связывающее параметры системы: давление и температуру.

Уравнение Клаузиуса-Клапейрона:

Пусть две фазы однокомпонентной системы находятся в равновесии, и пусть 1 моль вещества переходит из фазы I в фазу II, тогда справедливо уравнение Клаузиуса-Клапейрона:

где ∆Н_пер– мольная теплота фазового перехода, т.е. теплота, которая выделяется или поглощается при переходе 1 моля вещества из фазы I в фазу II;

∆V– изменение объема при фазовом переходе 1 моля вещества;

Р,Т– давление и температура, при которых система находится в равновесии.

Уравнение Клаузиуса-Клапейрона справедливо для любого фазового превращения в однокомпонентной системе (испарения, плавления, возгонки, превращений типа: кристаллическая фаза (a) «кристаллическая фаза (b)).

Например, применение уравнения Клаузиуса-Клапейрона к процессам плавления.

Пусть твердая и жидкая фаза однокомпонентной системы находятся в равновесии и пусть 1 моль компонента А переходит из твердой фазы в жидкую: Акр ↔ Аж

Кристаллы вещества А находятся в равновесии с жидким веществом А в открытом сосуде при внешнем давлении Р и температуре, равной Тпл вещества А.

Тогда, согласно уравнению Клаузиуса-Клапейрона:

где ∆Н_пл– мольная теплота плавления вещества А,

V_ж – объем 1 моля жидкого вещества А,

V_тв – объем 1 моля твердого вещества А,

Р– внешнее давление, Т– температура плавления вещества А.

Применяя к равновесной системе, состоящей из твердой и жидкой фаз, уравнение Клаузиуса-Клапейрона, можно ответить на вопрос: как зависит температура плавления вещества от внешнего давления?

Если Vж > Vтв, то