Судың жағдайлары.

Су агрегацияның үш күйінде болуы мүмкін, немесе фазалар - қатты(мұз), сұйық (судың өзі), газ тәрізді (су буы). Жерде іс жүзінде бар атмосфералық қысым мен температура диапазондарын ескере отырып, судың бір уақытта әртүрлі агрегаттық күйде болуы өте маңызды. Бұл жағынан судың табиғи жағдайда негізінен қатты (минералдар, металдар) немесе газ тәрізді (O 2, N 2, CO 2 және т.б.) күйінде кездесетін басқа физикалық заттардан айтарлықтай ерекшеленеді.

Заттың агрегаттық күйінің өзгеруін фазалық ауысулар деп атайды. Бұл жағдайларда заттың қасиеттері (мысалы, тығыздық) күрт өзгереді. Фазалық ауысулар фазалық ауысу жылуы («жасырын жылу») деп аталатын энергияның бөлінуімен немесе жұтылуымен бірге жүреді.

Судың агрегаттық күйінің қысым мен температураға тәуелділігі судың күй диаграммасымен немесе фазалық диаграммамен көрсетіледі (5.1.1. сурет).

5.1.1-суреттегі BB"O қисығы балқу қисығы деп аталады. Осы қисық арқылы солдан оңға қарай өткенде балқу жүреді.

Күріш. 5.1.1. Су диаграммасы

I – VIII – мұздың әртүрлі модификациялары

мұз, ал оңнан солға қарай – мұз түзілуі (судың кристалдануы). OK қисығы булану қисығы деп аталады. Бұл қисық сызықтан өткенде солдан оңға қарай судың қайнауы, ал оңнан солға қарай су буының конденсациялануы байқалады. AO қисығы сублимация қисығы немесе сублимация қисығы деп аталады. Оны солдан оңға кесіп өткенде мұздың булануы (сублимация), ал оңнан солға қарай қатты фазаға конденсация (немесе сублимация) жүреді.

О нүктесінде (үштік нүкте деп аталады, қысым 610 Па және 0,01 ° C немесе 273,16 К температурада) су бір уақытта агрегацияның барлық үш күйінде болады.

Мұз еріген (немесе су кристалданатын) температура температура немесе балқу нүктесі T пл деп аталады. Бұл температураны температура немесе қату нүктесі Т суб деп те атауға болады.

Су бетінен, сондай-ақ мұз бен қардан молекулалардың белгілі бір саны үнемі жұлынып, ауаға тасымалданады, су буының молекулаларын құрайды. Сонымен бірге су буының молекулаларының бір бөлігі судың, қардың және мұздың бетіне қайта оралады. Егер бірінші процесс басым болса, онда судың булануы жүреді, екінші процесс болса, су буы конденсацияланады. Бұл процестердің бағыты мен қарқындылығын реттеуші ылғалдылық тапшылығы - берілген ауа қысымы мен су бетінің температурасы (қар, мұз) кезінде кеңістікті қанықтыратын су буының икемділігі мен су буының икемділігі арасындағы айырмашылық. шын мәнінде ауада қамтылған, яғни. ауаның абсолютті ылғалдылығы. Ауадағы қаныққан су буының мөлшері және оның серпімділігі температураның жоғарылауымен (қалыпты қысымда) төмендегідей артады. O°C температурада қаныққан су буының мөлшері мен серпімділігі сәйкесінше 4,856 г/м3 және 6,1078 гПа, 20°С температурада – 30,380 г/м3 және 23,373 гПа, 40°С – 51,127 г/ құрайды. м3 және 73,777 гПа.

Су бетінен (мұз, қар), сондай-ақ ылғалды топырақтан булану кез келген температурада жүреді және ол неғұрлым қарқынды болса, ылғал тапшылығы соғұрлым көп болады. Температураның жоғарылауымен кеңістікті қанықтыратын су буының серпімділігі артады, ал булану жылдамдайды. Буланудың ұлғаюы сонымен қатар булану бетіндегі ауа қозғалысының жылдамдығының (яғни, табиғи жағдайда жел жылдамдығының) ұлғаюына, тік массаның және жылу берудің қарқындылығын арттыруға әкеледі.

Қарқынды булану судың бос бетін ғана емес, сонымен бірге оның қалыңдығын да жабады, онда пайда болатын көпіршіктердің ішкі бетінен булану жүреді, қайнау процесі басталады. Қаныққан су буының қысымы сыртқы қысымға тең болатын температура температура немесе қайнау температурасы T bp деп аталады.

Қалыпты атмосфералық қысымда (1,013 105 Па = 1,013 бар = 1 атм = 760 мм рт.ст.), судың қату нүктелері (мұздың балқуы) және қайнау нүктелері (конденсация) Цельсий шкаласы бойынша 0 және 100 ° сәйкес келеді.

Tzam қату және судың қайнау температурасы Tbip қысымға байланысты (3.9.2. суретті қараңыз). Қысымның 610-нан 1,013 105 Па (немесе 1 атм) өзгеруі диапазонында мұздату температурасы аздап төмендейді (0,01-ден 0 ° C-қа дейін), содан кейін қысым шамамен 6 107 Па (600 атм) T мұздату температурасы төмендейді. -5 ° C дейін, қысымның 2,2 108 Па (2200 атм) жоғарылауымен Tdz -22 ° C дейін төмендейді. Қысымның одан әрі жоғарылауымен Tdz тез өсе бастайды. Өте жоғары қысымда мұздың ерекше «модификациялары» (II-VIII) түзіледі, олардың қасиеттері бойынша ерекшеленеді. кәдімгі мұз(мұз I).

Жердегі нақты атмосфералық қысымда тұщы сушамамен 0 ° C температурада қатады. Мұхиттағы максималды тереңдікте (шамамен 11 км) қысым 108 Па немесе 1000 атм-нан асады (әрбір 10 м тереңдіктің артуы қысымды шамамен 105 Па немесе 1-ге арттырады) банкомат). Бұл қысымда тұщы судың қату температурасы шамамен -12°С болады.

Судың қату температурасын төмендету үшін

оның тұздылығы әсер етеді.

1.4). Әрбір 10‰ үшін тұздылықтың жоғарылауы Т шамамен 0,54°С төмендейді:

Т орынбасары = -0,054 С.

Қайнау температурасы қысымның төмендеуімен төмендейді (3.9.2. суретті қараңыз). Сондықтан, таулардағы жоғары биіктікте су 100 ° C төмен температурада қайнайды. Қысымның жоғарылауымен T қайнауы р = 2,2 107 Па және T қайнау = 374 ° болғанда «сыни нүкте» деп аталатынға дейін артады. C, су бір уақытта сұйық және газ қасиеттеріне ие.

Су күйінің диаграммасы судың екі «аномалиясын» бейнелейді, олар жердегі судың «мінезіне» ғана емес, сонымен бірге жалпы планетаның табиғи жағдайларына шешуші әсер етеді. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі оттегімен бір қатарда орналасқан элементтермен сутегі қосылыстары болып табылатын заттармен салыстырғанда – теллур Te, селен Se және күкірт S судың қату және қайнау температуралары әдеттен тыс жоғары. Мұздату және қайнау температуралары мен аталған заттардың массалық саны арасындағы табиғи қатынасты ескере отырып, судың қату температурасы шамамен -90°С және қайнау температурасы -70°C шамасында болады деп күтуге болады. Қалыпты емес жоғары мәндер мұздату және қайнау температуралары жер бетінде судың қатты және сұйық күйде болуы мүмкіндігін алдын ала анықтайды және жердегі негізгі гидрологиялық және басқа да табиғи процестердің айқындаушы шарттары болып табылады.

Судың тығыздығы

Тығыздық кез келген заттың ең маңызды физикалық сипаттамасы болып табылады. Ол көлем бірлігіндегі біртекті заттың массасын көрсетеді:

мұндағы m – масса, V – көлем. p тығыздығы кг/м3 өлшеміне ие.

Судың тығыздығы, басқа заттар сияқты, ең алдымен температура мен қысымға (және табиғи сулар үшін де еріген және ұсақ дисперсті қалқымалы заттардың құрамына) тәуелді және фазалық ауысулар кезінде күрт өзгереді.Температураның жоғарылауымен судың тығыздығы, мысалы кез келген басқа зат , температураның өзгеруі диапазонының көпшілігінде төмендейді, бұл температураның жоғарылауымен молекулалар арасындағы қашықтықтың ұлғаюымен байланысты. Бұл заңдылық мұз еріген кезде және суды 0-ден 4°-қа дейін (дәлірек 3,98°С) қыздырғанда ғана бұзылады. Бұл жерде судың тағы екі өте маңызды «анатомиясы» атап өтіледі: 1) қатты күйдегі (мұз) судың тығыздығы сұйық күйдегіден (судан) аз, бұл басқа заттардың басым көпшілігінде болмайды; 2) су температурасының 0-ден 4°С-қа дейінгі диапазонында судың тығыздығы температураның жоғарылауымен төмендемейді, керісінше артады. Судың тығыздығының өзгеру ерекшеліктері судың молекулалық құрылымының қайта құрылуымен байланысты. Судың бұл екі «аномалиясы» үлкен гидрологиялық маңызға ие: мұз судан жеңіл, сондықтан оның бетінде «жүзеді»; су қоймалары әдетте түбіне дейін қатпайды, өйткені 4°-тан төмен температураға дейін салқындатылған тұщы судың тығыздығы азаяды және сондықтан беткі қабатта қалады.

Мұздың тығыздығы оның құрылымы мен температурасына байланысты. Кеуекті мұздың тығыздығы 1.1-кестеде көрсетілгеннен әлдеқайда төмен болуы мүмкін. Қардың тығыздығы одан да аз. Жаңа түскен қардың тығыздығы 80-140 кг/м3, нығыздалған қардың тығыздығы біртіндеп 140-300-ден (еру басталғанға дейін) 240-350-ге (еріудің басында) және 300-450 кг/м3-ге дейін артады. (балқудың соңында). Тығыз ылғалды қардың тығыздығы 600-700 кг/м3 дейін болуы мүмкін. Еру кезіндегі қар ұшқындарының тығыздығы 400-600, көшкіннің қары 500-650 кг/м3. Мұз бен қар еріген кезде пайда болатын су қабаты мұз немесе қар қабатының қалыңдығына және оның тығыздығына байланысты. Мұздағы немесе қардағы судың мөлшері мынаған тең:

h in = ah l r l / r

мұндағы h l - мұз немесе қар қабатының қалыңдығы, r l - олардың тығыздығы, p - судың тығыздығы және h in және h l өлшемдерінің қатынасымен анықталатын көбейткіш: егер су қабаты мм-мен өрнектелсе, және мұздың (қардың) қалыңдығы см, содан кейін a=10, бірдей өлшемі a=1.

Судың тығыздығы ондағы еріген заттардың мөлшеріне байланысты да өзгереді және тұздылық жоғарылаған сайын артады (1.5-сурет). Қалыпты қысымда теңіз суының тығыздығы 1025-1033 кг/м3 жетуі мүмкін.

Температура мен тұздылықтың атмосфералық қысымдағы судың тығыздығына бірлескен әсері теңіз суының күйінің теңдеуі деп аталатын әдіс арқылы өрнектеледі. Мұндай теңдеу қарапайым сызықтық түрінде былай жазылады:

p = p o (1 - α 1 T + α 2 S)

мұндағы T – судың температурасы, °C, S – судың тұздылығы, ‰, p o – T = 0 және S = 0 кезіндегі судың тығыздығы, α 1 және α 2 – параметрлер.

Тұздылықтың жоғарылауы формула бойынша ең жоғары тығыздықтың (°C) температурасының төмендеуіне әкеледі.

T max.pl = 4 - 0,215 S.

Күріш. 5.2.1. Қалыпты атмосфералық қысымдағы судың тығыздығының судың температурасы мен тұздылығына тәуелділігі.

Тұздылықтың әрбір 10‰ үшін ұлғаюы Tmax-ты шамамен 2°С-қа төмендетеді. Максималды тығыздық температурасы мен қату температурасының судың тұздылығына тәуелділігі Хелланд-Хансен графигі деп аталады (3.10.1-суретті қараңыз) .

Ең жоғары тығыздық пен мұздату температураларының арасындағы қатынас суды салқындату және тік конвекция – тығыздық айырмашылығынан болатын араластыру процесінің сипатына әсер етеді. Ауамен жылу алмасу нәтижесінде судың салқындауы судың тығыздығының жоғарылауына және сәйкесінше тығызырақ судың төмен түсуіне әкеледі. Оның орнына жылы және тығыздығы аз сулар көтеріледі. Тік тығыздық конвекция процесі жүреді. Алайда, тұздылығы 24,7‰-ден төмен тұщы және тұщы сулар үшін бұл процесс су ең жоғары тығыздық температурасына жеткенше ғана жалғасады (1.4-суретті қараңыз). Судың одан әрі салқындауы оның тығыздығының төмендеуіне әкеледі, ал тік конвекция тоқтайды. S>24,7‰-дегі тұзды сулар қатқанша тік конвекцияға ұшырайды.

Осылайша, қыста тұщы немесе тұщы суларда, түбіне жақын горизонттарда судың температурасы жер бетіндегіден жоғары, ал Хелланд-Гансен графигі бойынша әрқашан қату температурасынан жоғары. Бұл жағдайдың тереңдіктегі су қоймаларындағы тіршілікті сақтау үшін маңызы зор. Егер судың барлық басқа сұйықтықтар сияқты ең үлкен тығыздығы мен қату температурасы бірдей болса, онда резервуарлар түбіне дейін қатып, көптеген организмдердің сөзсіз өліміне әкелуі мүмкін.

Температураның өзгеруімен судың тығыздығының «аномальды» өзгеруі су көлемінің бірдей «аномальды» өзгеруіне әкеледі: температура 0-ден 4 ° C-қа дейін жоғарылағанда, химиялық таза судың көлемі азаяды және тек температураның одан әрі жоғарылауымен ол жоғарылайды; мұздың көлемі әрқашан бірдей су массасының көлемінен айтарлықтай үлкен болады (су қатқан кезде құбырлар қалай жарылғанын есте сақтаңыз).

Температурасы өзгергенде су көлемінің өзгеруін формуламен өрнектеуге болады

V T1 = V T2 (1 + β DT)

мұндағы V T1 - T1 температурасындағы су көлемі, V T2 - T2 температурасындағы су көлемі, β - көлемдік кеңею коэффициенті, ол 0-ден 4 ° C-қа дейінгі температурада теріс мәндерді және оң мәндерді қабылдайды. су температурасы 4 ° C жоғары және 0 ° C төмен (мұз) (1.1 кестені қараңыз),

Қысым судың тығыздығына да біршама әсер етеді. Судың сығылғыштығы өте аз, бірақ мұхиттағы үлкен тереңдікте ол әлі де судың тығыздығына әсер етеді. Әрбір 1000 м тереңдікте су бағанының қысымының әсерінен тығыздық 4,5-4,9 кг/м3 артады. Сондықтан мұхиттың максималды тереңдігінде (шамамен 11 км) судың тығыздығы жер бетіндегіден шамамен 48 кг/м 3 артық, ал S = 35‰ кезінде ол шамамен 1076 кг/м 3 болады. Егер су толығымен сығылмайтын болса, Дүниежүзілік мұхит деңгейі шын мәніндегіден 30 м жоғары болар еді. Судың төмен сығылғыштығы табиғи сулардың қозғалысын гидродинамикалық талдауды айтарлықтай жеңілдетуге мүмкіндік береді.

Ұсақ суспензиялы шөгінділердің судың физикалық сипаттамаларына және әсіресе оның тығыздығына әсері әлі жеткілікті түрде зерттелмеген. Судың тығыздығына су мен шөгіндіні бөлек қарастыру мүмкін болмаған кезде, олардың ерекше жоғары концентрациясында өте ұсақ тоқтатылған заттар ғана әсер етуі мүмкін деп саналады. Осылайша, тек 20-30% судан тұратын селдің кейбір түрлері негізінен тығыздығы жоғарылаған саз ерітіндісі болып табылады. Ұсақ шөгінділердің тығыздыққа әсер етуінің тағы бір мысалы - Сары теңіз шығанағына құятын Хуанхэ өзенінің суы. Ұсақ шөгінділердің мөлшері өте жоғары (220 кг/м3 дейін) өзен лайлы суларының тығыздығы теңіз суынан 2-2,5 кг/м3 артық (олардың нақты тұздылық пен температура кезіндегі тығыздығы шамамен 1018 кг/м3). Сондықтан олар тереңдікке «сүңгійді» және теңіз түбін бойлай түсіп, «тығыз» немесе «бұлыңғыр» ағынды құрайды.

5. Судың фазалық түрленулері және күй диаграммасы

Күй диаграммасы (немесе фазалық диаграмма) болып табылады графикалық кескінжүйенің күйін сипаттайтын шамалар мен жүйедегі фазалық түрлендірулер арасындағы тәуелділіктер (қаттыдан сұйыққа, сұйықтан газға және т.б.). Фазалық диаграммалар химияда кеңінен қолданылады. Бір компонентті жүйелер үшін тәуелділікті көрсету үшін әдетте фазалық диаграммалар қолданылады фазалық түрлендірулертемпература мен қысым бойынша олар P---T координатасында фазалық диаграммалар деп аталады

5-суретте схемалық түрде судың күйінің диаграммасы көрсетілген. Диаграммадағы кез келген нүкте температура мен қысымның белгілі бір мәндеріне сәйкес келеді.

Сұйық күйде - су

Қатты - мұз

Газ тәрізді – бу

Диаграмма температура мен қысымның белгілі бір мәндерінде термодинамикалық тұрақты болып табылатын судың күйлерін көрсетеді. Ол барлық мүмкін болатын температуралар мен қысымдарды мұзға, сұйықтыққа және буға сәйкес үш аймаққа бөлетін үш қисықтан тұрады.

мұз = бу (OA қисығы)

мұз = сұйық (RH қисығы)

сұйық = бу (OC қисығы)

O – судың қату нүктесі

Су үшін сыни температура Цельсий бойынша 374 градус. Қалыпты қысымда судың сұйық және бу фазалары 100 градус Цельсий температурасында бір-бірімен тепе-теңдікте болады, өйткені бұл жағдайда сұйықтық үстіндегі бу қысымы сыртқы қысыммен салыстырылады және су қайнайды. Үш қисықтың қиылысуы О нүктесінде - үштік нүктеде орын алады, онда барлық үш фаза бір-бірімен тепе-теңдікте болады.

Әрбір қисықтарды толығырақ қарастырайық. Бу аймағын сұйық аймақтан бөлетін OA қисығынан бастайық. Ауа шығарылған цилиндрді елестетіп көрейік, содан кейін оған еріген заттар, соның ішінде газдар жоқ белгілі бір мөлшерде таза су енгізіледі; цилиндр белгілі бір қалыпта бекітілген поршеньмен жабдықталған. Біраз уақыттан кейін судың бір бөлігі буланып, оның бетінде қаныққан бу болады. Сіз оның қысымын өлшей аласыз және уақыт өте келе өзгермейтініне және поршеньдің орнына байланысты емес екеніне көз жеткізе аласыз. Бүкіл жүйенің температурасын арттырып, қаныққан бу қысымын қайтадан өлшесек, оның жоғарылағаны шығады. Мұндай өлшеулерді әртүрлі температурада қайталай отырып, қаныққан су буының қысымының температураға тәуелділігін табамыз. OA қисығы осы қатынастың графигі болып табылады: қисық нүктелері сұйық су мен су буы бір-бірімен тепе-теңдікте болатын температура мен қысым мәндерінің жұптарын көрсетеді - бірге өмір сүреді. OA қисығы сұйық-бу тепе-теңдік қисығы немесе қайнау қисығы деп аталады. 5-кестеде бірнеше температурадағы қаныққан су буының қысымының мәндері көрсетілген.

5-кесте Температура	Қаныққан бу қысымы	Температура	Қаныққан бу қысымы
		мм сын.бағ Өнер.			мм сын.бағ Өнер.

Судың үш агрегаттық күйіндегі молекулалық физикасы

5.2-сурет А үштік нүктесі аймағындағы судың агрегаттық күйлерінің диаграммасы. I – мұз. II - су. III -- су буы.

суда кездеседі табиғи жағдайларүш күйде: қатты - мұз және қар түрінде, сұйық - судың өзі түрінде, газ тәрізді - су буы түрінде. Судың бұл күйлері сәйкесінше агрегаттық күйлер немесе қатты, сұйық және бу фазалары деп аталады. Судың бір фазадан екінші фазаға өтуі оның температурасы мен қысымының өзгеруіне байланысты. Суретте. температура t және қысымға байланысты судың агрегация күйлерінің диаграммасын көрсетеді. 5.2-суреттен I аймақта су тек қатты күйде, II аймақта тек сұйық күйде, III аймақта - судың тек қатты күйде болатыны анық. тек су буы түрінде. Айнымалы ток қисығы бойымен қатты және сұйық фазалар арасындағы тепе-теңдік күйінде болады (мұздың еруі және судың кристалдануы); АВ қисығы бойынша – сұйық және газ фазалары арасындағы тепе-теңдік күйінде (судың булануы және будың конденсациялануы); AD қисығы бойынша – қатты және газ тәрізді фазалар арасындағы тепе-теңдікте (су буының сублимациясы және мұздың сублимациясы).

АВ, АС және AD қисықтары бойындағы 5.2-суретке сәйкес фазалардың тепе-теңдігін динамикалық тепе-теңдік деп түсіну керек, яғни бұл қисықтардың бойында бір фазаның жаңадан түзілген молекулаларының саны басқа фазаның жаңадан түзілген молекулаларының санына қатаң тең. .

Егер, мысалы, суды кез келген қысымда бірте-бірте салқындатып отырсақ, онда шекте біз айнымалы ток қисығын табамыз, онда су сәйкес температура мен қысымда байқалатын болады. Егер мұзды әр түрлі қысымда біртіндеп қыздырсақ, біз бір айнымалы ток тепе-теңдік қисығында, бірақ мұз жағында боламыз. Сол сияқты, бізде AB қисығына қай жаққа жақындағанымызға байланысты су мен су буы болады.

Агрегация күйінің барлық үш қисығы – АС (мұздың балқу температурасының қысымға тәуелділік қисығы), АВ (судың қайнау температурасының қысымға тәуелділігі қисығы), AD (бу қысымына тәуелділік қисығы). қатты фазаның температура бойынша) - үштік нүкте деп аталатын бір А нүктесінде қиылысады. Авторы заманауи зерттеулер, қанықтыру буының қысымы мен температурасының осы нүктедегі мәндері сәйкесінше тең: P = 610,6 Па (немесе 6,1 гПа = 4,58 мм Hg), t = 0,01 ° C (немесе T = 273,16 TO). Үштік нүктеден басқа, AB қисығы тағы екі сипаттамалық нүкте арқылы өтеді - қалыпты ауа қысымында P = 1,013 10 5 Па және t = 100°C координаталары бар судың қайнауына сәйкес нүкте және координаталары Р нүкте. = 2,211 10 7 Па және t cr = 374,2°С, критикалық температураға сәйкес – тек төмен температурада су буы сығылу арқылы сұйық күйге айналуы мүмкін.

Заттың бір фазадан екінші фазаға өту процестеріне қатысты AC, AB, AD қисықтары Клапейрон-Клаузиус теңдеуі бойынша сипатталады:

мұндағы T – сәйкесінше булану, балқу, сублимация және т.б. температурасына сәйкес әрбір қисыққа сәйкес абсолютті температура; L -- меншікті жылусәйкесінше булану, балқу, сублимация; V 2 - V 1 судан мұзға, су буынан суға, су буынан мұзға көшу кезінде сәйкесінше меншікті көлемдердегі айырмашылық. Бұл теңдеудің егжей-тегжейлі шешімін қаныққан су буының су бетінен жоғары e 0 қысымы – АВ қисығы және мұз – AD қисығы, жалпы метеорология курсынан табуға болады.

Свердлов ЖЭО бесінші кезегінің ыстық сумен қамтамасыз ету жылу тізбегі жабдығының су-химиялық режимі және жағдайы.

Тікелей желілік ағынның құрамдас бөліктері: қосынды суы және кері су (М-6; Градмаш). 6-қосымшада жылдың әртүрлі кезеңдеріндегі Свердлов ЖЭО-да тікелей желілік суды тұтынудың өзгеруі көрсетілген. Әрине...

Судағы және аморфты мұздағы сутектік байланыстар желісінің динамикасы

15-сурет. «Тербелістер кезіндегі энергия түрлендірулері» моделі Модель (15-сурет) тербеліс кезіндегі энергия түрлендірулерін суреттейді. гармоникалық тербелістерквазисерпімді күш әрекетіндегі денелер...

Идеал емес жүйелер

Белгілі бір жағдайларда бір заттың екі түрлі фазасы (мысалы, сұйық және газ) бір-бірімен еркін ұзақ уақыт қатар өмір сүре алады. Ол үшін екі фазаның шекарасында келесі шарттарды орындау қажет: , және...

Шығын өлшегішті таңдау ерекшеліктері

Егер тербелістер ағын жылдамдығының бағытымен таралатын болса, онда олар L уақыт бойынша қашықтықты жүреді, мұнда а - берілген ортадағы дыбыс жылдамдығы; V -- ағын жылдамдығы...

Полиморфизмнің ерекшеліктері

Геометриялық ойларға негізделген металл атомдары кез келген кристалдық торды құра алады. Дегенмен, тұрақты, демек, іс жүзінде бар түрі - бұл ең аз бос энергия қоры бар тор...

Физика-химиялық түрлендірулерге агрегация күйінің өзгеру процестері және кристалдық құрылымөңделетін зат...

Фазалық жазықтық, фазалық траекториялар. Шектеу циклі. Ең қарапайым процестерді фазалық жазықтықта бейнелеу. Изоклиндер, ерекше нүктелер. Изоклиндер көмегімен интегралдық қисықтарды салу. Дельта әдісі арқылы интегралдық қисықтарды салу

Фазалық траектория - динамикалық жүйе күйінің t уақытқа байланысты қалай өзгеретінін бейнелейтін фазалық кеңістіктегі нүктенің траекториясы. Кәдімгі жүйені қарастырайық дифференциалдық теңдеулер n-ші ретті Y = F(x,Y)...

Макромолекулалық қосылыстардың физикасы

Бұл түрдегі реакцияларды Штаудингер табиғи, содан кейін синтетикалық полимерлердің макромолекулярлық құрылымын дәлелдеу үшін пайдаланды. Ол поливинилацетатты поливинил спиртіне айналдырды...

Голографияның физикалық негізі

Голограммаларды тек фотопластинкаларға ғана емес, сонымен қатар басқа тасымалдаушыларға да жазуға болады. Қажетті сезімталдық пен ажыратымдылыққа ие көптеген әртүрлі материалдар бар...

Электрлік есептеу және электр қыздырғыш қондырғысын автоматтандыру

"right">1-кесте Жылыту әдісі Энергияны түрлендіру механизмі Қолдану саласы және АТ Қарсылық (тікелей және жанама) Ток өткізгіш материалдар арқылы өткен кезде электр энергиясы жылу энергиясына айналады Жылыту...

Энциклопедиялық YouTube

1 / 5

✪ Фазалық диаграммалар

✪ Молекулярлық негіздері | судың физика фазалық диаграммасы | 1

✪ Фазалық жазықтық

✪ Ауаның критикалық жағдайы.

✪ Генри заңы

Субтитрлер

Қарастырылған барлық фазалық ауысулар изобарлық болды, атап айтқанда, соңғы бейнелердегі судың фазалық ауысуы бір атмосфераға тең теңіз деңгейіндегі қысымда орын алды. Шындығында бәрі басқаша. IN шынайы әлемЕшбір жерде 1 атмосфераның тұрақты қысымы сақталмайды. 1 атмосфера – Жердегі теңіз деңгейіндегі қысым. Қысым планетаның өлшеміне, атмосфераның қалыңдығына, газдардың, сұйықтықтардың және қатты заттар. Сонымен, мұнда фазалық диаграмма берілген. Мен жазып беремін. " Фазалық диаграмма" Диаграмманы жазудың бірнеше формалары бар. Бұл олардың ең танымалы, ол температура мен қысым өзгерген кезде олардың арасындағы агрегация және ауысу күйлерін көрсетеді. Бұл суға арналған диаграмма. Қысым мәні ордината осі бойымен сызылған.Оған қол қоюға рұқсат етіңіз. Абсцисса осі температура болып табылады, ал диаграмма аудандары агрегаттың әртүрлі күйлеріне сәйкес келеді: қатты, сұйық... сұйық және ең соңында газ. 0 градус температурасы қандай агрегаттық күйге сәйкес келетінін көрейік. Сонымен, температура Цельсий бойынша 0 градус, қысым 1 атмосфера. Бұл нүкте графиктегі оларға сәйкес келеді. Бұл 1 атмосфера қысымындағы қатты дене мен сұйықтың арасындағы шекара. Мұндағы қысым 1 атмосфера. Бұл мұздың 0 градуста еруі туралы белгілі фактіге сәйкес келеді. Қысымды арттырсақ не болады? Мұз төмен температурада ериді. Қысымды, мысалы, 10 атмосфераға дейін арттырайық, бұл теңіз деңгейіндегі қысымнан 10 есе көп. Қатты заттың сұйыққа айналу температурасы төмендейді. Теңіз деңгейінен бір миль биіктікте орналасқан Денверде болу сияқты қысым төмендесе, мұздату температурасы шамамен 1 градусқа артады. Бұл өте дұрыс масштаб емес, бірақ мәселе мынада, мұз Теңіз деңгейінен төмен орналасқан Өлі теңіз немесе Өлім алқабының түбіне қарағанда Денверде тезірек, яғни жоғары температурада қатады. Күлгін сызықтың оң жағындағы аймақ газға сәйкес келеді. Атмосфералық қысымға оралайық. Бұл суға арналған диаграмма. Біз оның 1 атмосфералық қысымда қалай әрекет ететінін білеміз. Мен сызық сызамын. 1 атмосфера қысымында және 0 градус температурада қатты мұз сұйық суға айналады. Осы сызық бойымен қозғала отырып, біз жоғары температура аймағына кіреміз. Графиктің осы нүктесінде температура 100 градусқа тең. Бұл 1 атмосфералық температура мен қысымда сұйық су су буына айналады, яғни қайнайды. Бұл судың қайнау нүктесі. Қан қысымыңызды төмендетсеңіз ше? Денверге тағы барайық. Міне, Денвер. Жоқ болса да, бізге көрнекі нәрсе керек. Эверест тауы болса жақсы болар еді, ол жақта қысым төмен. Қысым төмендеген сайын қату температурасы артып, қайнау температурасы төмендейді, сондықтан Эверест шыңындағы суды оның етегіне немесе Өлім алқабының ойпаң жерлеріне қарағанда қайнату оңайырақ. Сұйықтықты елестетіңіз. Онда өте жақын орналасқан миллиондаған молекулалар бар, бірақ сонымен бірге жеткілікті кинетикалық энергиябір-біріне қатысты қозғалу. Молекулалар қозғалады - сұйықтық ағады. Молекулалар буланбайды, секірмейді, өйткені ауа оларға жоғарыдан қысым жасайды. Мен жоғарыда ауа қысымы туралы айттым. Газ молекулалары тудыратын қысым олардың температурасына, сондай-ақ кинетикалық энергиясына байланысты. Газ молекулалары үстіңгі жағында орналасқан және сұйық молекулалардың секіруіне жол бермейді. Олар бір-бірінен бөлініп, газға айналуына жол бермейді. Қысым неғұрлым жоғары болса, молекулалардың шығуы соғұрлым қиын болады. Енді сұйықтықты вакуумға жіберейік, ай беті ауа жоқ жерде және аздап шайқаңыз. Бұл молекулалар әлі де бір-біріне тартылады, бірақ сыртқы қысым болмаған кезде олардың газға айналуы үшін аз ғана итеру жеткілікті. Қысым неғұрлым төмен болса, сұйықтықтың, тіпті қатты дененің газға айналуы соғұрлым оңай болады. Тіпті қатты заттар буланып кетеді. Бұл өте төмен қысымды қажет етеді. Графиктің сол жағына қараңыз. Бұл іс жүзінде вакуум. Мұзды Айдың бетіне, қажетті температурасы бар аймаққа апарыңыз, мен ол жерде минус екеніне сенімдімін, бірақ қанша екені есімде жоқ, мұз буға айналады. Терең вакуум жағдайында заттың молекулалары булануды бастау үшін аз ғана итеруді қажет етеді. Және бұл Айда ғана емес болуы мүмкін. Түсінікті болу үшін көмірқышқыл газының фазалық диаграммасын қарастырыңыз. Міне, ол қарашы. Бұл көмірқышқыл газы. Біз оны дем шығарамыз, жасыл өсімдіктер оны жейді. Және бұл зат 1 атмосферада суға қарағанда басқаша әрекет етеді. Мұнда шкала сақталмағанын ескеріңіз. 1 мен 5 атмосфера және бес пен жетпіс үш арасындағы қашықтық іс жүзінде бірдей емес. Мұндағы масштаб та сәйкес емес. Егер бұл маңызды болса, мен логарифмдік шкаланы қолданар едім. Бірақ көмірқышқыл газына оралайық. Мұнда қатты көмірқышқыл газы, мына жерде газ, ал мұнда сұйық зат. Бір атмосфераның қысымында, яғни теңіз деңгейінде, мысалы, Жаңа Орлеандағыдай, егер сіз -80 градус Цельсий температурасын жасасаңыз, көмірқышқыл газы қатып қалады. Сіз бұған тап болдыңыз. Мен оның әлі де түтін генераторларында қолданылатынына сенімді емеспін, бірақ бәрі құрғақ мұз туралы естіген. Бұл қатты көмірқышқыл газы. Теңіз деңгейіндегі атмосфералық қысымда -78,5 градус температурада ол сублимацияланады. Сублимация – қатты күйден сұйыққа өту. Мен мұны жазамын. Сондықтан сұйық көмірқышқыл газы жоқ. Мен мұндайды ешқашан көрген емеспін. Көмірқышқыл газын сұйық ету үшін 5 атмосфералық қысым қажет, яғни теңіз деңгейіндегі қысымнан 5 есе жоғары. Бұл ауырлық күші мен атмосфераның қалыңдығына байланысты қысым өте үлкен болатын Юпитерде немесе Сатурнда мүмкін. Сұйық көмірқышқыл газы табиғи түрде газ алып планеталарында кездеседі. Ал жер бетінде құрғақ мұз көтеріледі. Бұл сублимацияның синонимі. Қатты күйден газ тәрізді күйге, сұйықты айналып өту. Тағы бір қызық бар, сіз оны байқаған боларсыз. Бұл нүкте үштік нүкте деп аталады, өйткені бес атмосферада және минус 56 градус Цельсийде көмірқышқыл газы мұз, сұйық және газ арасындағы тепе-теңдік күйінде болады. Олардың әрқайсысынан аздап. Шарттарды өзгерту арқылы субстанцияны күйлердің біріне қарай итеруге болады. Міне, судың үштік нүктесі. Атмосфералық қысымнан төмен қысымда. Бұл 611 паскаль, бұл бір атмосферадан шамамен 200 есе аз. Бұл қысым мен температура 0-ден сәл жоғары болғанда, судың үштік нүктесі орналасқан. Мұнда су осы үш күйдің арасында тепе-теңдікте болады. Бұл жерде тағы бір қызықты жайт бар. Сыни нүкте. Маңызды және маңызды болып көрінеді, солай емес пе? Температураны немесе қысымды одан да жоғары көтерсеңіз, суперкритикалық сұйықтық аласыз. Керемет естіледі. Одан басқаның бәрі суперкритикалық сұйықтық. Жоғары температура мен қысыммен. Температура оны газға айналдырады, бірақ қысым оны сұйықтыққа айналдырады - бұл екеуі де. Еріткіш ретінде суперкритикалық су қолданылады. Ол сұйық су сияқты әрекет етеді, онда заттар еруі мүмкін, сонымен қатар ол қатты заттарға еніп, қандай да бір ластаушы заттарды кетіру немесе қандай да бір тұзды еріту үшін кез келген жерге сіңіп кетуі мүмкін. Суперкритикалық сұйықтықтар өте қызықты. Сізге бұл диаграммаларды көрсеткен себебім, қысымның заттың температурасы сияқты өзгеруі мүмкін. Цельсий бойынша 100 градус, тіпті теңіз деңгейінде 110 температурада су газға айналады. Міне, 110 градус белгісі, бұл су буы. Енді қысымды арттырайық, мысалы, жер астына немесе мұхит түбіне тереңірек барсақ, су буы сұйықтыққа айналады. Төменгі температураға көшсеңіз, сублимацияның қарама-қарсылығын көруге болады. Мен оның атын жаздым деп ойлаймын. О жоқ. Ол жоқ. Бұл конденсацияға ұқсас, бірақ мен оның атын ұмытып қалдым. Бұл сұйықтықты айналып өтіп, газ күйінен тікелей қатты күйге өту. Бұл диаграммалардың артықшылығы - олар қысым мен температураның өзгеруі ретінде заттың әрекетін болжауға мүмкіндік береді. Amara.org қауымдастығының субтитрлері

Фазалық диаграмманың элементтері

Үш ұпай

№	Фазалар			Қысым	Температура		Ескерту
				МПа	°C	Қ
1	Бу	Су	Мұз Их	611,657 Па	0,01	273,16
2	Бу	Мұз Ih	Мұз XI	0	−201,0	72,15
3	Су	Мұз Ih	Мұз III	209,9	−21,985	251,165
4	Мұз Ih	Мұз II	Мұз III	212,9	−34,7	238,45
5	Мұз II	Мұз III	Мұз V	344,3	−24,3	248,85
6	Мұз II	Мұз VI	Мұз XV	~ 800	−143	130	D2O үшін
7	Су	Мұз III	Мұз V	350,1	−16,986	256,164
8	Су	Мұз IV	Мұз XII	~ 500-600	~ −6	~ 267
9	Мұз II	Мұз V	Мұз VI	~ 620	~ −55	~ 218
10	Су	Мұз V	Мұз VI	632,4	0.16	273,32
11	Мұз VI	Мұз VIII	Мұз XV	~ 1500	−143	130	D2O үшін
12	Мұз VI	Мұз VII	Мұз VIII	2100	~ 5	~ 278
13	Су	Мұз VI	Мұз VII	2216	81,85	355
14	Мұз VII	Мұз VIII	Мұз X	62 000	−173	100
15	Су	Мұз VII	Мұз X	47 000	~ 727	~ 1000

Мұздың сублимация қисығы

P = A ⋅ e x p (− B / T) , (\displaystyle P=A\cdot exp(-B/T),) A = 3,41 ⋅ 10 12 P a ; B = 6130 К. (\displaystyle A=3,41\cdot 10^(12)~\mathrm (Pa) ;\quad B=6130~\mathrm (K) .)

Бұл формуланың қателігі 240-273,16 К температура диапазонында 1% және 140-240 К температура диапазонында 2,5% артық емес.

Дәлірек айтсақ, сублимация қисығы IAPWS ұсынған формуламен сипатталады (ағылшын)орыс(ағылшын) International Association for Properties of Water and Steam - International Association for Properties Study of Water and Steam) :

ln ⁡ P P 0 = T 0 T ∑ i = 1 3 a i (T T 0) b i , (\displaystyle \ln (\frac (P)(P_(0))))=(\frac (T_(0))(T) ))\сома _(i=1)^(3)a_(i)\left((T \т_(0))\оңға)^(b_(i)),) P 0 = 611, 657 P a ; T0 = ​​273,16 К; a 1 = − 21, 2144006; b 1 = 0,003333333; a 2 = 27, 3203819; b 2 = 1, 20666667; a 3 = − 6, 1059813; b 3 = 1 , 70333333. (\displaystyle (\бастау(матрица)~P_(0)=611,657~\mathrm (Па) ;&T_(0)=273,16~\mathrm (K) ;\\a_(1 )= -21,2144006;&b_(1)=0,003333333;\\a_(2)=27,3203819;&b_(2)=1,20666667;\\a_(3)=-6,1059813;&b_( 3)=3.03)33)(3.3) соңы

Мұздың еру қисығы Ih

P P 0 = 1 + ∑ i = 1 3 a i [ 1 − (T T 0) b i ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1+\сома _(i=1)^( 3)a_(i)\сол,) P 0 = 611, 657 P a ; T0 = ​​273,16 К; a 1 = 1 195 393, 37; b 1 = 3, 00; a 2 = 80 818, 3159; b 2 = 25, 75; a 3 = 3338, 2686; b 3 = 103, 75; (\displaystyle (\бастау(матрица)~P_(0)=611,657~\mathrm (Па) ;&T_(0)=273,16~\mathrm (K) ;\\a_(1)=1~195~393 ,37 ;&b1=3,00;\\a_(2)=80~818,3159;&b2=25,75;\\a_(3)=3~338,2686;&b3=103,75;\end( матрица)))

Мұздың еру қисығы III

Балқу қисығы мұз IIIсудың қату температурасының минималды нүктесінен (251,165 К; 208,566 МПа) басталып, қарапайым мұз III құрылымдық түрлендіруге айналады және III және V фазалардың шекарасы өтетін нүктеде (256,164 К; 350,1 МПа) аяқталады.

P P 0 = 1 - 0 , 299948 [ 1 - (T T 0) 60 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-0,299948\сол,) P 0 = 208,566 M P a; T0 = ​​251,165 К. (\displaystyle P_(0)=208,566~\матрм (МПа) ;\quad T_(0)=251,165~\матрм (К) .)

Мұздың еру қисығы V

Мұздың еру қисығы V нүктесінен (256,164 К; 350,1 МПа), III және V фазалардың шекарасынан басталып, V және VI фазалардың шекарасы өтетін нүктеде (273,31 К; 632,4 МПа) аяқталады.

P P 0 = 1 - 1 , 18721 [ 1 - (T T 0) 8 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-1,18721\сол,) P 0 = 350,1 M P a; T0 = ​​256,164 К. (\displaystyle P_(0)=350,1~\матрм (МПа) ;\quad T_(0)=256,164~\матрм (К) .)

Мұздың еру қисығы VI

VI мұздың еру қисығы нүктеден (273,31 К; 632,4 МПа), V және VI фазалар шекарасында басталып, VI және VII фазалардың шекарасы өтетін нүктеде (355 К; 2216 МПа) аяқталады.

P P 0 = 1 - 1 , 07476 [ 1 - (T T 0) 4 , 6 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-1,07476\сол,) P 0 = 632,4 M P a; T0 = ​​273,31 К. (\displaystyle P_(0)=632,4~\матрм (МПа) ;\quad T_(0)=273,31~\матрм (К) .)

Мұздың еру қисығы VII

VII мұздың еру қисығы нүктеден (355 К; 2216 МПа), VI және VII фазалар шекарасында басталып, VII фазаның шекарасы өтетін нүктеде (715 К; 20,6 ГПа) аяқталады.

ln ⁡ P P 0 = ∑ i = 1 3 a i (1 − (T T 0) b i) , (\displaystyle \ln (\frac (P)(P_(0)))=\сома _(i=1)^( 3)a_(i)\left(1-\left((T \over T_(0))\оң)^(b_(i))\оң),) P 0 = 2216 M P a ; T0 = ​​355 К; a 1 = 1, 73683; b 1 = − 1 ; a 2 = − 0, 0544606; b 2 = 5; a 3 = 8, 06106 ⋅ 10 − 8; b 3 = 22. (\displaystyle (\бастау(матрица)~P_(0)=2216~\mathrm (МПа) ;&T_(0)=355~\mathrm (K) ;\\a_(1)=1, 73683;&b_(1)=-1;\\a_(2)=-0,0544606;&b_(2)=5;\\a_(3)=8,06106\cdot 10^(-8);&b_( 3)=22 .\соңы(матрица)))

Су буының қанығу қисығы

Су буының қанығу қисығы судың үштік нүктесінен (273,16 К; 611,657 Па) басталып, критикалық нүктеде (647,096 К; 22,064 МПа) аяқталады. Ол белгіленген қысымдағы судың қайнау температурасын немесе баламалы түрде қаныққан су буының белгіленген температурадағы қысымын көрсетеді. Критикалық нүктеде су буының тығыздығы судың тығыздығына жетеді және осылайша бұл агрегация күйлерінің арасындағы айырмашылық жойылады.

β 2 θ 2 + n 1 β 2 θ + n 2 β 2 + n 3 β θ 2 + n 4 β θ + n 5 β + n 6 θ 2 + n 7 θ + n 8 = 0 , (\ta ойнау) ^(2)\тета ^(2)+n_(1)\бета ^(2)\тета +n_(2)\бета ^(2)+n_(3)\бета \тета ^(2)+n_( 4)\бета \тета +n_(5)\бета +n_(6)\тета ^(2)+n_(7)\тета +n_(8)=0,) θ = T T 0 + n 9 T T 0 − n 10 ; T 0 = 1 K; (\displaystyle \theta =(T \T_(0))+(\frac (n_(9))((T \over T_(0))-n_(10)));\quad T_(0)= 1~\матрм (K) ;) β = (P P 0) 0, 25; P 0 = 1 M P a ; (\displaystyle \beta =\left((\frac (P)(P_(0)))\оң)^(0,25);\quad P_(0)=1~\mathrm (МПа);) n0 = 1, 0; (\displaystyle n_(0)=1,0;) n 1 = 1167, 0521452767; (\displaystyle n_(1)=1167,0521452767;) n 2 = − 724213, 16703206; (\displaystyle n_(2)=-724213,16703206;) n 3 = − 17, 073846940092; (\displaystyle n_(3)=-17,073846940092;) n 4 = 12020, 82470247; (\displaystyle n_(4)=12020,82470247;) n 5 = − 3232555, 0322333; (\displaystyle n_(5)=-3232555.0322333;) n 6 = 14, 91510861353; (\displaystyle n_(6)=14,91510861353;) n 7 = − 4823, 2657361591; (\displaystyle n_(7)=-4823.2657361591;) n8 = 405113, 40542057; (\displaystyle n_(8)=405113,40542057;) n 9 = − 0, 23855557567849; (\displaystyle n_(9)=-0,23855557567849;) n 10 = 650, 17534844798. (\displaystyle n_(10)=650,17534844798.)

Берілген абсолютті температура мәні T үшін нормаланған мән есептеледі θ және коэффициенттер квадрат теңдеу

A = θ 2 + n 1 θ + n 2 ; (\displaystyle A=\тета ^(2)+n_(1)\тета +n_(2);) B = n 3 θ 2 + n 4 θ + n 5 ; (\displaystyle B=n_(3)\тета ^(2)+n_(4)\тета +n_(5);) C = n 6 θ 2 + n 7 θ + n 8 , (\displaystyle C=n_(6)\тета ^(2)+n_(7)\тета +n_(8),)

содан кейін мән табылады β

β = − B − B 2 − 4 A C 2 A (\displaystyle \beta =(\frac (-B-(\sqrt (B^(2)-4AC))(2A)))

және абсолютті қысым мәні:

P = P 0 β 4 . (\displaystyle P=P_(0)\бета ^(4).)

Әртүрлі температурадағы қаныққан су буының қысымы (кПа).

T°C	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0,6112	0,6571	0,7060	0,7581	0,8135	0,8726	0,9354	1,002	1,073	1,148
10	1,228	1,313	1,403	1,498	1,599	1,706	1,819	1,938	2,065	2,198
20	2,339	2,488	2,645	2,811	2,986	3,170	3,364	3,568	3,783	4,009
30	4,247	4,497	4,759	5,035	5,325	5,629	5,947	6,282	6,632	7,000
40	7,384	7,787	8,209	8,650	9,112	9,594	10,10	10,63	11,18	11,75
50	12,35	12,98	13,63	14,31	15,02	15,76	16,53	17,33	18,17	19,04
60	19,95	20,89	21,87	22,88	23,94	25,04	26,18	27,37	28,60	29,88
70	31,20	32,57	34,00	35,48	37,01	38,60	40,24	41,94	43,70	45,53
80	47,41	49,37	51,39	53,48	55,64	57,87	60,17	62,56	65,02	67,56
90	70,18	72,89	75,68	78,57	81,54	84,61	87,77	91,03	94,39	97,85
100	101,4

да қараңыз

Сілтемелер

• IAPWS. Судың қасиеттерін зерттеудің халықаралық қауымдастығының сайты.

Судың күйі температура мен қысымның кең диапазонында зерттелді. Жоғары қысымда мұздың кем дегенде он кристалдық модификациясының болуы анықталды. Ең көп зерттелген мұз I – табиғатта кездесетін мұздың жалғыз модификациясы.

Заттың әртүрлі модификацияларының болуы – полиморфизм – күй диаграммаларының күрделенуіне әкеледі.

Координаталардағы судың фазалық диаграммасы Р - Т 6-суретте көрсетілген. Ол 3-тен тұрады фазалық өрістер- әртүрлі аумақтар Р, Т- судың белгілі бір фаза түрінде болатын мәндері - мұз, сұйық су немесе бу (суретте сәйкесінше L, F және P әріптерімен көрсетілген). Бұл фазалық өрістер 3 шекаралық қисықпен бөлінген.

AB қисығы – булану қисығы, тәуелділікті өрнектейді температурадан сұйық судың бу қысымы(немесе, керісінше, судың қайнау температурасының қысымға тәуелділігін білдіреді). Басқаша айтқанда, бұл сызық екі фазалы тепе-теңдікке сәйкес келеді

сұйық су - бу, ал фазалық ережені пайдаланып есептелген еркіндік дәрежесінің саны МЕН= 3 - 2 = 1. Бұл тепе-теңдік деп аталады моновариантты. Бұл жүйенің толық сипаттамасы үшін тек анықтау жеткілікті екенін білдіреді бір айнымалы- температура немесе қысым, өйткені берілген температура үшін бір ғана тепе-теңдік қысымы және берілген қысым үшін бір ғана тепе-теңдік температурасы болады.

АВ сызығынан төмен нүктелерге сәйкес келетін қысымдар мен температураларда сұйықтық толығымен буланады және бұл аймақ бу аймағы болып табылады. Берілген бір фазалы аймақтағы жүйені сипаттау үшін екі тәуелсіз айнымалы қажет: температура және қысым ( МЕН = 3 - 1 = 2).

АВ сызығынан жоғары нүктелерге сәйкес келетін қысымдар мен температураларда бу толығымен конденсацияланып, сұйықтыққа айналады ( МЕН= 2). АВ булану қисығының жоғарғы шегі В нүктесінде болады, ол критикалық нүкте деп аталады (су үшін 374,2ºС және 218,5). атм.). Осы температурадан жоғары сұйық және бу фазалары ажыратылмайды (сұйық/бу интерфейсі жоғалады), сондықтан Ф = 1.

AC сызығы - бұл мұз сублимация қисығы (кейде сублимация сызығы деп аталады), тәуелділікті көрсететін температурадағы мұз үстіндегі су буының қысымы. Бұл сызық моновариантты тепе-теңдік мұз ↔ буға сәйкес келеді ( МЕН=1). Айнымалы ток сызығының үстінде мұз аймағы, төменде бу аймағы орналасқан.

AD сызығы – балқу қисығы, тәуелділікті өрнектейді мұздың еру температурасы қысымға қарсыжәне моновариантты тепе-теңдік мұз ↔ сұйық суға сәйкес келеді. Көптеген заттар үшін AD сызығы вертикальдан оңға қарай ауытқиды, бірақ судың мінез-құлқы

6-сурет. Судың фазалық диаграммасы

аномальді: сұйық су мұзға қарағанда аз көлемді алады. Қысымның жоғарылауы тепе-теңдіктің сұйықтықтың пайда болуына қарай ығысуын тудырады, яғни. мұздату температурасы төмендейді.

Мұздың жоғары қысымда еру қисығының жүруін анықтау үшін Бридгман алғаш рет жүргізген зерттеулер біріншісін қоспағанда, мұздың барлық бар кристалдық модификациялары судан тығызырақ екенін көрсетті. Сонымен, AD сызығының жоғарғы шегі D нүктесі болып табылады, мұнда мұз I (қарапайым мұз), III мұз және сұйық су тепе-теңдікте қатар өмір сүреді. Бұл нүкте -22ºС және 2450 атм.

Ауа жоқ кезде судың үштік нүктесі (үш фазаның тепе-теңдігін көрсететін нүкте – сұйық, мұз және бу) 0,0100ºС ( Т = 273,16Қ) және 4,58 мм сын. бағ. Еркіндік дәрежелерінің саны МЕН= 3-3 = 0 және мұндай тепе-теңдік инвариантты деп аталады.

Фазалық диаграмма (немесе фазалық диаграмма) жүйенің күйін сипаттайтын шамалар мен жүйедегі фазалық түрлендірулер арасындағы байланыстың графикалық көрінісі (қатты күйден сұйыққа, сұйық күйден газға және т.б.).

Бір компонентті жүйелер үшін әдетте фазалық түрлендірулердің температура мен қысымға тәуелділігін көрсететін фазалық диаграммалар қолданылады; олар P-t координатасында фазалық диаграммалар деп аталады.

Суретте. 10.1-суретте схемалық түрде (масштабты қатаң сақтамай) су күйінің диаграммасы көрсетілген. Диаграммадағы кез келген нүкте температура мен қысымның белгілі бір мәндеріне сәйкес келеді.

Күріш. 10.1.Төмен қысымдар аймағындағы су күйінің диаграммасы

Диаграмма температура мен қысымның белгілі бір мәндерінде термодинамикалық тұрақты болып табылатын судың күйлерін көрсетеді. Ол барлық мүмкін болатын температуралар мен қысымдарды мұзға, сұйықтыққа және буға сәйкес үш аймаққа бөлетін үш қисықтан тұрады.

OA қисығы қаныққан су буының қысымының температураға тәуелділігін білдіреді: қисық нүктелері сұйық су мен су буы бір-бірімен тепе-теңдікте болатын температура мен қысым мәндерінің жұптарын көрсетеді. OA қисығы сұйық-бу тепе-теңдік қисығы немесе деп аталады қайнау қисығы.

ОЖ қисығы – қатты-сұйық тепе-теңдік қисығы, немесе балқу қисығы, -мұз және сұйық су тепе-теңдікте болатын температура мен қысымның жұптарын көрсетеді.

OB қисығы – қатты күй – будың тепе-теңдік қисығы, немесе сублимация қисығы.Ол мұз бен су буы тепе-теңдікте болатын температура мен қысымның жұптарына сәйкес келеді.

Барлық үш қисық О нүктесінде қиылысады. Бұл нүктенің координаталары температура мен қысым мәндерінің жалғыз жұбы болып табылады, онда барлық үш фаза тепе-теңдікте болады: мұз, сұйық су және бу. деп аталады үштік нүкте.

Үштік нүкте 0,610 кПа (4,58 мм сын.бағ.) су буының қысымына сәйкес келеді және температурасы О, ОГ.С.

Судың күй диаграммасы алудың технологиялық режимдерін жасау кезінде маңызды азық-түлік өнімдері. Мысалы, диаграммадағыдай, мұзды 0,610 кПа (4,58 мм сын. бағ.) төмен қысымда қыздырса, онда ол тікелей буға айналады. Бұл мұздатып кептіру арқылы тамақ өнімдерін өндіру әдістерін әзірлеуге негіз болады.

Судың басқа заттардан ерекшелігінің бірі - мұздың еру температурасы қысымның жоғарылауымен төмендейді. Бұл жағдай диаграммада көрсетілген. Су диаграммасындағы OC балқу қисығы солға көтеріледі, ал барлық дерлік заттар үшін ол оңға қарай көтеріледі.

Атмосфералық қысымда сумен болатын өзгерістер диаграммада 101,3 кПа (760 мм сын. бағ.) сәйкес көлденең сызықта орналасқан нүктелер немесе сегменттер арқылы көрсетіледі. Сонымен, мұздың еруі немесе судың кристалдануы D нүктесіне, судың қайнауы - Е нүктесіне, судың қызуы немесе суыуы - DE сегментіне сәйкес келеді және т.б.