Особенности фазовых превращений в бинарных смесях

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. АКМУЛЛЫ»

(ГОУ ВПО «БГПУ им. М. АКМУЛЛЫ»)

Факультет физико-математический

Кафедра общей физики

Специальность физика

Курс IV

ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В БИНАРНЫХ СМЕСЯХ

КУРСОВАЯ РАБОТА

Научный руководитель д.ф.-м.н., профессор

.

Уфа 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Критические явления в двойных смесях

1.1. Критические явления при испарении двойных смесей

1.2. Критические явления растворения в двойных смесях

1.3. Критические явления и устойчивость по отношению к диффузии

1.4. Геометрическая интерпретация условия устойчивости по отношению к диффузии

2. Связь между условиями механической устойчивости и устойчивости по отношению к диффузии в двойных системах

3. Расслаивание в регулярных растворах

4. Фазовые переходы смачивания и предсмачивания в бинарной системе (метанол-гептан)

5. Взаимная растворимость в твердом состоянии

Приложение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Важно, представлять, что проблема фазовых переходов не зависит от существования уравнения состояния, общего для обеих фаз. Такого рода непрерывное уравнение неизвестно, например, для твердого тела и жидкости. Расчет условий сосуществования фаз, основывающийся на использовании общего для них уравнения состояния и применении теоремы Максвелла, необходимо рассматривать как искусственный прием, который может привести к правильным результатам, но не может быть обоснован при последовательном статистическом рассмотрении.

В действительности, при рассмотрении проблемы фазовых переходов, задача заключается в изучении мольной свободной энергии F /п. В области сосуществования двух фаз F / n является линейной функцией мольного объема, а давление остается постоянным. Термодинамика сама по себе не может ничего сказать ни о существовании таких областей, ни об их числе. Эта задача должна решаться методами статистической механики взаимодействующих систем, которые еще не вполне разработаны. Все же можно отметить, что фазовые переходы непосредственно связаны с числом геометрических измерений системы. Можно показать, что в одномерном случае, когда молекулы располагаются вдоль некоторой линии, фазовые переходы невозможны независимо от природы межмолекулярных сил. Термодинамические свойства непрерывно изменяются во всей области изменения температуры и «объема», которым в данном случае является длина фазы.

Общая формулировка условий, определяющих возникновение новой фазы, является важной проблемой теоретической физики, которая не нашла еще своего полного разрешения.

1. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ДВОЙНЫХ СМЕСЯХ

1.1. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ИСПАРЕНИИ ДВОЙНЫХ СМЕСЕЙ

Рассмотрим теперь подробно критические явления, происходящие при испарении двойной смеси. В этом случае удобно рассматривать T — р-диаграмму при постоянном составе (рис.1). При наличии одного чистого вещества получается просто кривая АС, оканчивающаяся в критической точке С. Когда речь идет о смеси постоянного состава, необходимо принять во внимание, что одной и той же температуре соответствуют два значения давления, одно из которых соответствует жидкости, а другое пару того же самого состава. Этим двум давлениям соответствуют две точки (Разумеется, жидкость и пар в этих состояниях не находятся в равновесии.) При повышении температуры мы получаем кривую FGKH на рис.1, левая ветвь которой от F до К соответствует жидкости, а правая ветвь КН — пару. Точка К является критической точкой, в которой обе фазы тождественны. Вблизи К расположены точка М, соответствующая температуре Т _m и также точка L , соответствующая давлению р_т . Нужно указать, что в некоторых системах положение точки К может отличаться от изображенного на рис.1: она может находиться не между L и М, но и левее L или ниже М. Установить это, конечно, можно только экспериментом, Критическое давление и критическая температура в случае двойной смеси имеют совершенно иной смысл, чем для чистого вещества. Так, максимальному давлению, при котором могут сосуществовать две фазы, соответствует точка L , а максимальной температурой, при которой возможно сосуществование двух фаз, является температура Т_т вточке М.

Рис.1. T – p-Диаграмма двойной Рис.2 .Критическая кривая в смеси постоянного состава. системеСHСl3 — СO2. А — критическая точка чистого СHСl3 , В — критическая точка чистой СО2 . .

В случае, изображенном на рис.1, выше критического давления имеется, следовательно, область давлении р_с р_т , в которой система может находиться в конденсированном состоянии, и, аналогично, имеется область температур Т_с Т