Фазові діаграми

Області й межі

У межах області стабільна одна рівноважна фаза. На межі дві фази можуть співіснувати в рівновазі.

Після перетину межі рівноважна фаза змінюється, але реальний перехід може затриматися через nucleation та kinetics.

Потрійна точка

У потрійній точці три фази чистої речовини співіснують за єдиної комбінації T і P.

Це не звичайна температура кипіння або плавлення, а особливий інваріантний стан.

Критична точка

Лінія рідина–пара закінчується в критичній точці. Вище T_c різка межа між рідиною і газом зникає, і можливий supercritical fluid.

Критичну точку не слід плутати з потрійною.

Рівняння Клапейрона

Нахил лінії співіснування dP/dT=ΔS/ΔV=ΔH/(TΔV). Знак залежить від змін ентропії й об’єму.

Для води лінія лід–рідина має від’ємний нахил, бо молярний об’єм льоду більший.

Діаграми сумішей

У бінарних системах однією з осей може бути склад. Tie line дає склади співіснуючих фаз, lever rule — їхні частки.

Інтуїцію з P–T діаграми чистої речовини не можна механічно переносити на діаграму складу.

Метастабільність

Переохолодження й перегрів показують, що перетин рівноважної межі не гарантує миттєвого переходу.

Фазова діаграма — карта рівноваги, а не графік швидкості перетворення.

Як читати шлях на діаграмі

Спершу визначте, яка змінна справді підтримується сталою. Ізобарне нагрівання треба відстежувати вздовж лінії сталого тиску, а не за «візуально найкоротшим» шляхом.

Площа намальованої області не дорівнює кількості фази. У двофазній області частки знаходять через матеріальний баланс і lever rule.

Ступені вільності та правило фаз

Правило фаз Гіббса F=C−P+2 пов’язує число незалежних інтенсивних змінних F з числом компонентів C і фаз P у системі без додаткових реакційних обмежень.

Для чистої речовини C=1: у однофазній області F=2, на двофазній лінії F=1, а в потрійній точці F=0. Це пояснює, чому triple point має фіксовані T і P, а не займає область.

Розібраний приклад