Фазовые равновесия. Правило фаз для однокомпонентной системы (К = 1) записывается

Правило фаз для однокомпонентной системы (К = 1) записывается

в виде

С = 3 - Ф.

Если Ф = 1, то С = 2, говорят, что система бивариантна; если Ф = 2, то С = 1, система моновариантна; если Ф = 3, то С = 0,система нонвариантна.

Соотношение между давлением Р, температурой Т и объемом V фазы можно представить трехмерной фазовой диаграммой. Каждая точка (ее на­зывают фигуративной) на такой диаграмме изображает некоторое равновес­ное состояние. Обычно удобнее работать с сечениями этой диаграммы плос­костью Р – Т (при V = const) или плоскостью Р – V (при T = const). Разберем более детально случай сечения плоскостью Р – Т (при V = const). В качестве примера рассмотрим фазовую диаграмму воды (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Диаграмма состояния воды

Она составлена из 3 фазовых полей – областей различных (Р, Т) – зна­чений, при которых вода существует в виде определенной фазы – льда, жид­кой воды или пара. Эти фазовые поля разделены тремя граничными кривы­ми.

Кривая АВ – кривая испарения, выражает зависимость давления пара жидкой воды от температуры (или, наоборот, представляет зависимость тем­пературы кипения воды от давления). Другими словами, эта линия отвечает двухфазному равновесию (жидкая вода) ←→ (пар), и число степеней свободы, рассчитанное по правилу фаз, составляет С = 3 – 2 = 1. Такое равновесие на­зывают моновариантным. Это означает, что для полного описания системы достаточно определить только одну переменную – либо температуру, либо давление, т. к. для данной температуры существует только одно равновесное давление и для данного давления – только одна равновесная температура. При давлениях и температурах, соответствующих точкам ниже линии АВ, жидкость будет полностью испаряться, и эта область является областью пара. Для описания системы в данной однофазной области необходимы две неза­висимые переменные (С = 3 – 1 = 2): температура и давление.