Википедија

Фазни дијаграм — разлика између измена

Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Autobot (разговор | доприноси)
1.572.075 измена
м Разне исправке; козметичке измене
Ред 1:
[[Датотека:Phase-diagram-of-water-serbian.jpg|мини|300px300п|Фазни дијаграм воде]]
'''Фазни дијаграм''' је помоћно средство у [[Хемија|хемији]], [[Физика|физици]], а посебно у [[Наука о материјалима|науци о материјалима]] и [[Металургија|металургији]] за шематски дводимензионални или мултидимензионални приказ распореда и међусобног односа [[Фаза (термодинамика)|фаза]] једног мултикомпонентног [[систем]]а (течног или чврстог раствора две или више супстанци). Област термодинамике која се бави изучавањем понашања вишекомпонентних система у зависности од притиска, температуре и састава назива се: [[хетерогене равнотеже]].
 
== Преглед ==
Ред 8:
[[Triple point|Троструке тачке]] су тачке на фазним дијаграмима где се пресецају равнотежне линије. Троструке тачке означавају услове у којима могу постојати три различите фазе. На пример, дијаграм водене фазе има троструку тачку која одговара појединачној температури и притиску на којој чврста, течна и гасовита вода могу да коегзистирају у стабилној равнотежи ({{val|273,16|ul=K}} и парцијални притисак паре од {{val|611,657|ul=Pa}}).
 
[[solidus (chemistry)|Солидус]] је температура испод које је супстанца стабилна у чврстом стању. [[Ликвидус]] је температура изнад које је супстанца стабилна у течном стању. Може постојати јаз између солидуса и ликвидуса; унутар празнине, супстанца се састоји од мешавине кристала и течности.<ref>{{cite book |last=Predel |first=Bruno |last2=Hoch |first2=Michael J. R. |last3=Pool |first3=Monte |year=2004 |title=Phase Diagrams and Heterogeneous Equilibria: A Practical Introduction |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]] |isbn=978-3-540-14011-5|pages=}}</ref>
 
[[Working fluids|Радни флуиди]] се често категоризују на основу облика њиховог фазног дијаграма.
Ред 18:
 
=== Дводимензиони дијаграми ===
[[Датотека:Phase-diag2.svg|thumbмини|310x310px310x310п|Типични фазни дијаграм. Пуна зелена линија се односи на већину супстанци; испрекидана зелена линија даје [[Вода (молекул)|аномално понашање воде]]. Зелене линије означавају [[freezing point|тачке смрзавања]] и плава линију [[boiling point|тачке кључања]], показујући како се оне мењају са притиском.]]
 
Најједноставнији фазни дијаграми су дијаграми притиска и температуре појединачне једноставне супстанце, као што је [[Вода (молекул)|вода]]. [[Декартов координатни систем|Осе]] одговарају [[pressure|притиску]] и [[temperature|температури]]. Фазни дијаграм показује, у простору притиска и температуре, линије равнотежних или фазних граница између три фазе [[solid|чврсте]], [[liquid|течне]] и [[гас]]не.
Ред 24:
Криве на фазном дијаграму показују тачке где слободна енергија (и друге изведене особине) постаје неаналитичка: њихови деривати у односу на координате (температура и притисак у овом примеру) се дисконтинуирано (нагло) мењају. На пример, топлотни капацитет контејнера напуњеног ледом ће се нагло променити када се контејнер загреје изван тачке топљења. Отворени простори, где је [[Thermodynamic free energy|слободна енергија]] [[analytic function|аналитичка]], одговарају једнофазним регионима. Једнофазни региони су одвојени линијама неаналитичког понашања, где се одвијају фазни прелази, који се називају '''фазним границама'''.
 
На дијаграму са десне стране, фазна граница између течности и гаса се не простире до бесконачности. Уместо тога, она се окончава у тачци на фазном дијаграму која се назива [[critical point (thermodynamics)|критичном тачком]]. То одражава чињеницу да при екстремно високим температурама и притисцима, течна и гасна фаза постају неразлучиве,<ref>{{cite book |first=P. |last=Papon |first2=J. |last2=Leblond |first3=P. H. E. |last3=Meijer |title=The Physics of Phase Transition : Concepts and Applications |location=Berlin |publisher=Springer |year=2002 |isbn=978-3-540-43236-4 |pages=}}</ref> у такозваном [[supercritical fluid|суперкритичном флуиду]]. У води, критична тачка се јавља око -{''T''<sub>c</sub>}- = {{convert|647,096|K|C}}, -{''p''<sub>c</sub>}- = {{convert|22,064|MPa|atm|abbr=on}} и -{''ρ''<sub>c</sub> = 356&nbsp;kg/m³}-.<ref>The International Association for the Properties of Water and Steam [http://www.iapws.org/relguide/fundam.pdf "Guideline on the Use of Fundamental Physical Constants and Basic Constants of Water"], 2001, p. 5</ref>
 
За већину супстанци, граница течне и чврсте фазе (или фузиона крива) у фазном дијаграму има позитиван [[slope|нагиб]] тако да тачка топљења расте са притиском. Ово је тачно кад год је чврста фаза [[Густина|гушћа]] од течне фазе.<ref name=Whitten>{{cite book |last1last=Whitten |first1first=Kenneth W. |last2=Galley |first2=Kenneth D. |last3=Davis |first3=Raymond E. |dateyear=1992 |title=General Chemistry. |edition=4th |page=477 |publisher=Saunders College Publishing|pages=477}}</ref> Што је већи притисак на датој супстанци, то су молекули супстанце ближи једни другима, чиме се повећава ефекат [[Međumolekulska sila|интермолекуларних сила]] супстанце. Стога је супстанци неопходна виша температуру да би њени молекули имали довољно енергије да изађу из фиксног обрасца чврсте фазе и уђу у течну фазу. Сличан концепт се примењује на промене фазе течности и гаса.<ref name=Dorin>{{cite book |title=Chemistry : The Study of Matter Prentice |last1last=Dorin |first1first=Henry |last2=Demmin |first2=Peter E. |last3=Gabel |first3=Dorothy L. |edition=Fourth |pages=266–273266-273 |isbn=978-0-13-127333-7 |publisher=[[Prentice Hall]] }}</ref>
 
Вода је изузетак, те има границу између чврсте и течне фазе са негативним нагибом, тако да тачка топљења опада са притиском. Ово се дешава зато што је лед (чврста вода) мање густа од течне воде, што показује чињеница да лед плута на води. На молекуларном нивоу, лед је мање густ, јер има опсежнију мрежу [[Водонична веза|водоничних веза]] која захтева веће одвајање молекула воде.<ref name=Whitten/> Други изузеци су [[антимон]] и [[бизмут]].<ref>{{cite book |last1last=Averill |first1first=Bruce A. |last2=Eldredge |first2=Patricia |dateyear=2012 |title=Principles of General Chemistry |chapter=11.7 Phase Diagrams |chapter-url=https://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/s15-07-phase-diagrams.html |publisher=Creative Commons}}</ref><ref>{{cite book |last1last=Petrucci |first1first=Ralph H. |last2=Harwood |first2=William S. |last3=Herring |first3=F. Geoffrey |dateyear=2002 |title=General Chemistry. Principles and Modern Applications |edition=8th |page=477 |publisher=Prentice Hall|pages=477}}</ref>
 
Вредност нагиба -{dP/dT}- је дата [[Clausius–Clapeyron relation|Клапејроновом једначином]] за фузију (топљење)<ref>{{cite book |last1last=Laidler |first1first=Keith J. |last2=Meiser |first2=John H. |dateyear=1982 |title=Physical Chemistry |pages=173–4173-4 |publisher=Benjamin/Cummings}}</ref>
:<math>\frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}T} = \frac{\Delta_{fus} H}{T\,\Delta_{fus} V}, </math>
где је -{ΔH<sub>fus</sub>}- топлота фузије која је увек позитивна, а -{ΔV<sub>fus</sub>}- је промена запремине при фузији. За већину супстанци -{ΔV<sub>fus</sub>}- је позитивно тако да је нагиб позитиван. Међутим за воду и друге изузетке, -{ΔV<sub>fus</sub>}- је негативно тако да је нагиб негативан.
Ред 40:
Било које две термодинамичке величине могу бити приказане на хоризонталној и вертикалној оси дводимензионалног дијаграма. Додатне термодинамичке величине могу бити илустроване у увећањима као низ линија - закривљених, правих или њихових комбинација. Свака од тих '''изо-''' линија представља термодинамичку количину на одређеној константној вредности.
 
[[Датотека:TS-Wasserdampf engl.png|thumbмини|centerцентар|500px500п|Фазни дијаграм зависности температуре од специфичне ентропије за воду/пару. У области испод црвене криве, коегзистирају течна вода и пара у равнотежи. Критична тачка је на врху куполе. Течна вода је лево од куполе, а пара је десно. Плаве линије/криве су [[Изобарски процес|'''изобаре''']] које приказују услове константног притиска. Зелене линије/криве су [[Изохорски процес|'''изохоре''']] које приказују услове константне специфичне запремине. Црвене криве приказују показују константан квалитет.]]
{| class="wikitable" border="1"
| [[Датотека:Mollier enthalpy entropy chart for steam - US units.svg|thumbмини|300px]] || [[Датотека:Pressure-enthalpy chart for steam, in US units.svg|thumbмини|300px]] || [[Датотека:Temperature-entropy chart for steam, US units.svg|thumbмини|300px]]
|-
| дијаграм енталпија–ентропија (-{''h''–''s''}-) за пару || дијаграм притисак–енталпија (-{''p''–''h''}-) за пару || дијаграм температура–ентропија (-{''T''–''s''}-) за пару
Ред 48:
 
=== Тродимензиони дијаграми ===
[[Датотека:pVT 3D diagram.png|thumbмини|250px250п|-{''p''–''v''–''T''}- 3Д дијаграм за фиксну количину чистог материјала.]]
[[Датотека:3D_representation_of_several_phases_of_water.jpg|мини|250п|лево|3Д фазни дијаграм водених флуида и одабраног леда]]
 
Могуће је предвидети тродимензионалне (3Д) графиконе који показују три термодинамичке величине.<ref>{{cite book |last1last=Zemansky |first1first=Mark W. |last2=Dittman |first2=Richard H. |year=1981 |title=Heat and Thermodynamics |edition=6th |at=Figs. 2-3, 2-4, 2-5, 10-10, P10-1 |publisher=[[McGraw-Hill]] |isbn=978-0-07-072808-0|pages=}}</ref><ref>Web applet: [http://biomodel.uah.es/Jmol/plots/phase-diagrams/ 3D Phase Diagrams for Water, Carbon Dioxide and Ammonia]. Described in {{cite journal |last1last=Glasser |first1first=Leslie |last2=Herráez |first2=Angel |last3=Hanson |first3=Robert M. |year=2009 |title=Interactive 3D Phase Diagrams Using Jmol |journal=[[Journal of Chemical Education]] |volume=86 |issue=5 |pages=566 |doi=10.1021/ed086p566|pages=566}}</ref> На пример, за појединачну компоненту, графикон 3Д картезијанског типа може приказати температуру (-{''T''}-) на једној оси, притисак (-{''p''}-) на другој оси и специфичну запремину (-{''v''}-) на трећој. Такав 3Д графикон се понекад назива -{''p''–''v''–''T''}- дијаграмом. Равнотежни услови су приказани као криве на закривљеној површини у 3Д са површинама за чврсте, течне и парне фазе и области где чврста и течна фаза, чврста фаза и пара, или течност и пара коегзистирају у равнотежи. Линија на површини која се зове '''трострука линија''' је место где чврста, течна и пара могу да коегзистирају у равнотежи. Критична тачка остаје тачка на површини чак и на 3Д фазном дијаграму.
 
За воду, 3Д -{''p''–''v''–''T''}- је приказан овде (с леве стране).<ref>{{cite journal |last1last=David |first1first=Carl |title=Verwiebe's "3-D" Ice phase diagram reworked |journal=Chemistry Education Materials |url=http://digitalcommons.uconn.edu/chem_educ/94|date=2016-08-8. 08. 2016 }}</ref> [[Ортогонална пројекција]] тродимензионалног -{''p''–''v''–''T''}- графикона који приказује притисак и температуру на вертикалној и хоризонталној оси колапсира 3Д график у стандардни 2Д дијаграм притиска и температуре. Када се то уради, површине чврсте фазе и паре, чврсте и течне фазе, и течности и паре се колапсирају у три кореспондирајуће криве које се састају у трострукој тачци, што је колапсирана ортографска пројекција троструке линије.
 
== Експериментално и рачунско одређивање ==
Ред 66:
 
== Примена ==
Рачунски [[фазни дијаграм]]и се у већини случаја поклапају (уз одређену грешку која је иначе мера неидеалности постигнуте равнотеже) са експериментално одређеним [[Фазни дијаграм|фазним дијаграмима]]. Поготово је њихова улога велика у екстраполацији података за области [[Фазни дијаграм|фазног дијаграма]] у којима нема експерименталних мерења. Наука која је прва развила и применила [[Фазни дијаграм|фазне дијаграме]] била је [[металургија]], због изузеног значаја фазног дијаграма у производњи и пререди [[Гвожђе|гвожђа]] и [[челик]]а. [[Куриозитет]] је у томе да је управо фазни дијаграм који описује челик, један од еклатантних примера неравнотежног фазног дијаграма.
 
== Референце ==
Ред 73:
== Спољашње везе ==
{{Commonscat|Phase diagrams}}
* -{[https://web.archive.org/web/20080216023642/http://www.sv.vt.edu/classes/MSE2094_NoteBook/96ClassProj/examples/kimcon.html Iron-Iron Carbide Phase Diagram Example]}-
* -{[http://www.soton.ac.uk/~pasr1/build.htm How to build a phase diagram]}-
* -{[http://www.chm.davidson.edu/ChemistryApplets/PhaseChanges/PhaseDiagram1.html Phase Changes: Phase Diagrams: Part 1]}-
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/wiki/Фазни_дијаграм”