К анализу диаграммы

Диаграмма состояния воды. Применение правила фаз Гиббса

Диаграмма состояния отражает зависимость состояния системы и фазовых равновесий в ней от внешних условий или состава системы.

Применим правило фаз Гиббса к анализу диаграммы состояния воды.

Число компонентов k =1, состояние такой системы характеризуется только внешними параметрами – р и Т (m = 2). В области средних давлений и средних температур вода может находиться в жидком состоянии, твердом (лед) и газообразном (пар).

Рассмотрим различные равновесные состояния системы.

1. Если в равновесии находится 1 фаза, тогда

– бивариантная система.

Это означает, что в известных пределах можно произвольно (независимо друг от друга) изменять два параметра: р и Т, при этом число и вид фаз системы не изменится. На диаграмме такому состоянию системы отвечают три поля, характеризующие состояние жидкой воды, пара и льда: СОА, ВОА и ВОС.

2. Если в равновесии находится двухфазная гетерогенная система (жидкая вода – пар; жидкая вода – лед; лед – пар), то

– моновариантная система,

т.е. независимо можно изменять только один параметр: Т или р, при этом второй параметр является функцией первого. На диаграмме такое состояние характеризуется тремя кривыми: ОА, ОВ и ОС, которые описываются уравнением Клаузиуса-Клапейрона. Кривая ОС показывает, что с повышением давления температура плавления льда уменьшается, как и следует из уравнения Клаузиуса-Клапейрона.

3. Если в равновесии находится трехфазная система (вода – лед – пар), тогда

– безвариантная система.

Этому состоянию отвечают вполне определенные значения р и Т. Ни один из параметров изменять нельзя. На диаграмме такое состояние соответствует точке О – тройной точке. Все кривые пересекаются в ней. Для воды Т _тр.т. = 0,01 °С, р = 0,06 атм.