Фазовые переходы в однокомпонентных системах

К однокомпонентным системам относятся все чистые вещества. Максимальное количество фаз у таких систем по уравнению (1.3) не может превышать трех фаз. Рассмотрим последовательно все три возможных варианта.

Однофазная однокомпонентная система

Для такой системы С = 1, Р = 1 и по правилу фаз Гиббса (уравнение 1.2):

Это означает, что в такой системе два термодинамических параметра, например Р и Т, могут изменяться произвольно в пределах физического существования данной фазы, но фазовое состояние системы при этом не изменится.

Двухфазная однокомпонентная система.

Уравнение Клапейрона – Клаузиуса

При равновесном сосуществовании двух фаз (Р = 2) однокомпонентной (С=1) сложной термодеформационной системы число независимых термодинамических параметров по уравнению (1.2) равно единице:

Это говорит о том, что из двух термодинамических параметров, например Р и Т, только один параметр может меняться независимым образом, а второй параметр является однозначной функцией первого.

Эта однозначная функциональная связь устанавливается уравнением Клапейрона – Клаузиуса:

(2.1)

Здесь Р – абсолютное давление, Па;

λ – теплота фазового перехода Дж/кг;

Т – термодинамическая температура, К;

V₂ – удельный объем новой фазы, м³ /кг;

V₁ – удельный объем исходной фазы.

Таким образом, если задан один из двух термодинамических параметров, то второй (зависимый) параметр определяется по уравнению (2.1).

При произвольном изменении обоих параметров фазовое равновесие нарушается и двухфазная система перейдет в однофазное состояние, соответствующее новым значениям термодинамических параметров.

Если при фазовом переходе теплота к системе подводится (потребляется системой), то λ считается положительной (например, при парообразовании, плавлении, сублимации).

Если теплота при фазовом переходе от системы отводится (выделяется системой), то знак λ считается отрицательным (например, при конденсации, отвердевании, десублимации).

Трехфазная однокомпонентная система

Число независимых термодинамических параметров для такой системы по уравнению (1.2) равно нулю:

Таким образом, трехфазная однокомпонентная система может находится в равновесии только при определенных значениях обоих термодинамических параметров (например, Р и Т). Это состояние называется тройной точкой.

В тройной точке ни один из термодинамических параметров не может быть изменен без нарушения фазового равновесия.