نمودارهای تغییر فاز
منظور ازنمودارهای فاز نمودار فشا ر- دما برای مواد مختلف است که با کمک
آن می توان معین کرد ماده در شرایط مختلف از نظر دما و فشار به صورت
کدامیک از حالت های فیزیکی جامد – مایع ویا گاز وجود دارد
هر ماده نمودار فاز مر بوط به خود را دارد که از راه آزمایشات عملی بدست
می آید به عنوان مثال نمودار زیر برای آب خالص رسم شده است
در این نمودار ۳ بخش مایع – جامد و بخار دیده می شود . هر نقطه ای در این
بخش ها شرایطی را از نظر دما وفشار نشان میدهد که در آن شرایط آب به یکی
از حالت های جامد یا مایع و یا بخار وجود دارد
منحنی OC منحنی فشار بخار مایع است . هر نقطه ای بر روی این منحنی شرایطی
را از نظر دما وفشار نشان می دهد که در آن مایع و بخار در حالت تعادلند . در فشار
۱ اتمسفر، در دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد این تعادل برقرار میشود ( نقطه جوش
نرمال آب )هرچه فشار افزایش یابد در دمای بالاتری این تعادل برقرار می گردد
و به عبارت بهتر در دمای بالاتری آب می جوشد
خط BO منحنی نقطه ذوب است و شرایط لازم برای بر قراری تعادل بین
جامد ومایع را نشان میدهدمثلا در فشار۱ اتمسفر ، و در دمای صفر درجه
سانتی گراد جامد ومایع در حالت تعادل قرار دارند ( دمای ذوب یا دمای انجماد نرمال )
منحنی AO منحنی فشار بخار جامد را نشان میدهد و مکان هندسی نقاطی است که در
آن شرایط بین بخار و جامد حالت تعادل وجود دارد
چنانچه از شکل مشخص است این منحنی ها یکدیگررا نقطه O یا نقطه سه گانه
( Otectic )قطع میکنند یعنی در این نقطه هر سه فاز جامد – مایع و بخار با
یکدیگر در حالت تعادل قرار دارند که برای آب نقطه سه گانه ، دمای 01/0
در جه سانتی گراد یا ۱۶/۲۷۳ در جه کلوین و فشار ۰۰۶۰۳/۰ اتمسفر است
یکی از ویژگی های غیر عادی آب این است که شیب منحنی BO ( منحنی نقطه ذوب
یا نقطه انجماد ) نشان می دهد که نقطه انجماد با افزایش فشار افزایش می یابد .
این ویژگی به جز آب در آنتیموان و بیسموت هم دیده میشود و علت آن این است که این
مواد در حین انجماد منبسط می شوند
در صفر درجه سانتی گراد حجم یک مول آب cm3 ۱۸ و حجم یک مول یخ برابر
۶۳/۱۹ است . بنابر این انجماد یک مول آب وتبدبل آن به یخ باانبساط همراه است .
افزایش فشار بر سیستم با انبساط و با فرایند انجماد مخالفت میکند . به همین دلیل
افزایش فشار ، نقطه انجماد را پایین می آورد
برای انکه بفهمیم در فشار ثابت تغییرات دما سبب ایجاد چه تغییراتی در فاز می شود
کافی است در فشار ثابت مورد نظر یک خط افقی رسم کنیم مثلا اگر در فشار ثابت
PC اتمسفر این خط افقی رارسم نمایم منحنی BO را در دمای T1 و منحنی
CO را در دمای T2 سانتی گراد قطع می کند
در دمای پایین تر از T1 تنها فاز جامد ودر دمای بالاتر T2 تنها فاز بخار و د ر
دمای بین این دوتنها فاز مایع وجود دارد
به همین ترتیب برای اینکه معین کنیم در دمای ثابت در اثر تغییر فشار چه تغییراتی در
فاز بو جود می اید کافی است در دمای مورد نظر یک خط عمودی رسم کنیم
مثلا اگردر دمای TC خطی عمود کنیم منحنی AO را در نقطه m قطع میکند که
نشان می دهد در این دما در فشار p1 جامد وبخار در حالت تعادلند ( نقطه تصعید ) و
منحنی BO را در فشار P2 قطع میکند که نشان میدهد در دمای T ودر فشار P2
مایع و جامد در حالت تعادل قرار دارند
برا ی موادی که در حین انجماد دچار کاهش حجم می شوند منحنی BO شیبی
متمایل به راست دارد مانند کربن دی اکسید که نمودار فاز آن را در شکل زیر می بینید
چنانچه از نمودار مشخص است در فشار 1 اتمسفر و در دمای 78- در جه سانتیگراد
جامد وبخار در حالت تعادل قرار دارند یعنی در فشار 1 اتمسفر از دمای 78- به بالا
کربن دی اکسید جامد ( یخ خشک ) مستقیما به حالت بخار تبدیل می شود و یا به عبارت
بهتر تصعید ( فرازش ) حاصل می کند
