План лекции: Уравнение Клайперона – Клаузиуса. Применение уравнения Клайперона – Клаузиуса к процессам испарения и возгонки. Зависимость давления насыщенного пара от температуры.
Фазовые переходы чистого вещества в двухфазной однокомпонентной системе представим следующим образом.
Фазовый переход: | Процесс: | При фазовом переходе: | |
α→β | |||
Жидкость | Пар | Испарение | значительно изменяется объем; |
Твердое | Пар | Возгонка | |
Твердое | Жидкость | Плавление | объем практически не изменяется; |
Твердое | Твердое | Полиморфное превращение | (конденсированное состояние). |
При равновесии или .
При этом (5.1)
(5.2)
где - это мольные объемы вещества в фазах α и β,
- это энтропии вещества в фазах α и β.
Так как , получаем
Объединяем объемы и энтропии:
(5.3)
Отсюда (5.4)
где - это изменение энтропии при фазовом переходе;
- это изменение объема при фазовом переходе.
Так как получаем , (5.5)
где - изменение давления насыщенного пара с температурой.
Уравнение (5.5) - это уравнение Клаузиуса-Клайперона,
Применение уравнения Клаузиуса-Клайперона к процессам испарения и возгонки.
«Жидкостьпар» или «твердоепар».
или .
или .
Объемом конденсированного состояния (жидкости, твердого) можно пренебречь по сравнению с объемом пара и считать: .
Предложим, что пар подчиняется законам идеального газа, тогда Подставляем это выражение в уравнение (5.5): , получаем: Так как , получаем
. (5.6)
Это уравнение Клаузиуса-Клайперона для процессов испарения и выгонки. Физический смысл уравнения: с ростом температуры давление насыщенного пара в системе растет.
При можно из уравнения Клаузиуса-Клайперона найти значение величины теплового эффекта и равновесного давления насыщенного пара. Преобразуем уравнение (5.6), получаем
(5.7)
Берем неопределенный интеграл выражения (5.7), после интегрирования:
(5.8)
Уравнение (5.8) отвечает уравнению прямой линии. Построим графическую зависимость , рис. 2. Из графика находим тангенс угла наклона α: , тогда .
|
|
Рис. 2. Графическая зависимость
Возьмем определенный интеграл выражения (5.7), получаем:
. (5.9)