Фазовые диаграммы однокомпонентных систем

Диаграммы состояния однокомпонентных систем отражают свойства одного вещества, простого или сложного, химический состав которого постоянен, и на свойства которого влияют лишь внешние независимые переменные (температура и давление).

Диаграммы состояния таких систем могут быть изображены на плоскости в координатах Р - Т или P - V, где V - объем. Максимальное число фаз, находящихся в равновесии в однокомпонентных системах, в соответствии с правилом фаз Гиббса равно трем:

 при n = 1 и S = 0 .

Эти фазы могут сосуществовать лишь при строго фиксированных параметрах, поскольку система при этом не имеет степеней свободы.

На практике чаще всего применяется диаграмма состояния, построенная в координатах давление - температура, показанная на рис. 2.

Рис. 9. Диаграмма состояния СО₂, построенная в координатах P - T.

Линии ОА, ОK и ОВ разделяют диаграмму на три поля, показывающие области существования, т.е. пределы температур и давлений, трех устойчивых агрегатных состояний вещества: твердого, жидкого и газообразного. В каждом из этих состояний система имеет две степени свободы.

На линиях диаграммы в равновесии находятся две фазы: на линии испарения (конденсации) ОK – газ и жидкость, на линии плавления (кристаллизации) ОА – жидкая и твердая фазы, а на линии возгонки (сублимации) ОВ – твердая фаза и пары. Каждая линия диаграммы показывает взаимосвязь температуры соответствующего фазового превращения и внешнего давления или давления насыщенного пара.

Линия OD показывает область существования метастабильной фазы. В данном случае – переохлажденной жидкости, т.к. линию OD можно представить как продолжение линии ОА. Подобные штриховые линии часто можно видеть также на диаграммах состояния компонентов, представленных различными кристаллическими модификациями. Переход одной модификации в другую обычно происходит очень медленно и сопровождается поэтому длительным сохранением метастабильных при данных параметрах твердых фаз, переходящих в устойчивые фазы лишь после длительной выдержки.

Наклон граничных линий определяется соотношением плотностей фаз, находящихся в равновесии.

Двухкомпонентные диаграммы состояния жидкость-газ