Понятие о фазовых диаграммах

Минералогия

Когда мы рассматривали определение минерала, то речь шла о твердом веществе со структурой, имеющей дальний порядок. Порядок в расположении атомов отличает твердое вещество от газа, жидкости, стекол, и т.д. Поведение твердых, жидких и газообразных веществ в зависимости от внешних факторов (в первую очередь – температуры и давления) отражено на фазовых диаграммах (или иначе – диаграммах стабильности).

Фаза - это однородная субстанция с совершенно определенными физико-химическими характеристиками; фаза отделена от других фаз физическими поверхностями раздела. Минерал считается фазой если он гомогенный, то есть не имеет переменного состава. Например, a-кварц – низкотемпературная фаза в системе Si–O2 (или SiO2); кианит (Al[AlSiO4]O) – высокобарическая фаза в системе Al2O3–SiO2. Если же минерал является твердым раствором (например, непрерывный ряд форстерит-фаялит), то мы говорим о смеси фаз.

фазовая диаграмма водыФаза может быть твердой, жидкой или газообразной (пример – лед, вода, пар).

Величины, при помощи которых может быть описано состояние системы, называются параметрами. В свою очередь, они могут быть интенсивными и экстенсивными.

Интенсивные параметры не зависят от размеров системы - Т, Р, с (конц.), хим. потенциал и т.д.

Экстенсивные - масса m, объем V, теплосодержание и т.д.

Фазовая диаграмма для Н2О.

Думаю, что вам небесполезно будет знать фазовую диаграмму для H2O, которую мы сейчас и рассмотрим.

Такие фазовые диаграммы в координатах «температура – давление» получили называние РТ-диаграммы.

На фазовой диаграмме для Н2О видно, что при низких Т и высоких Р газ конденсируется.

При низких температурах и различных давлениях образуются различные полиморфные модификации льда. Мы привыкли видеть обычный лед I гексагональной сингонии, однако на планетах группы Юпитера определенно при более высоких давлениях существуют другие полиморфы.

Вдоль линий на диаграмме две фазы могут существовать совместно в равновесии. Можете посмотреть, как ведет себя точка замерзания воды при различных давлениях. Это объясняет, почему под ледниками Антарктиды существуют незамерзшие озера.

диаграмма тройные точкиНа диаграмме есть точки, в которых пересекаются три линии – они так и называются «тройные точки». В них сосуществуют сразу три фазы. В точке t – одновременно присутствуют вода, пар и лед I. Вдоль линии tc вода и пар сосуществуют, однако при росте Р и Т вода становится менее плотной (рост Т), а пар – более плотным (рост Р).

Про критическую точку с говорить не буду, вы уже про нее все знаете, и что существует при более высоких Т и Р – вы тоже догадываетесь.